UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANATEORIA ELECTROMAGNETICA. Fecha: 05/02/2015 CONSTRUCCION DE MINI BOBINA DE TESLA Cachimuel Benito Rumy
[email protected] Rodríguez Ortiz Dennis Paul
[email protected] Vargas Palacios Noé Misael
[email protected] Pérez Llerena Cristian Javier
[email protected] Resumen. Comenzaremos expresando la gran cantidad de aplicaciones y funcionalidades del electromagnetismo que no solo están presentes en ámbitos científicos, es decir, no solo se presentan tales fenómenos físicos en un laboratorio sino que también se pueden presenciar en la cotidianidad. Los encontramos en un simple audífono, en un radio e incluso en dispositivos tan complejos y sofisticados como el acelerador de partículas. Hay que resaltar que se puede analizar una infinidad de elementos que basan su funcionamiento en conceptos básicos tanto del magnetismo como de la electricidad. Así, se decide afrontar el análisis y restauración de un elemento representativo de la transmisión inalámbrica de energía. Tal elemento es conocido como Bobina de Tesla. Palabras Clave: Bobina de Tesla, electricidad inalámbrica. 1. Objetivos: General: Analizar y comprender las principales características, principios de funcionamiento y construcción de una bobina de Tesla. Específicos: Comprobar el correcto funcionamiento de la bobina Tesla, con el fin de demostrar el efecto de resonancia eléctrica para elevar la frecuencia de una señal. Usar diferentes elementos como bombillas incandescentes, fluorescentes y diodos led para verificar el funcionamiento inalámbrico y el alcance de la Bobina de Tesla. 2. MARCO TEÓRICO Introducción [1] La Bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce alta tensiones a elevadas frecuencias con efectos observables tales como efluvios, coronas y arcos eléctricos. Su nombre se lo debe a Nikola Tesla, un brillante ingeniero mecánico y eléctrico de origen serbio que vivió en la segunda mitad del siglo XIX y a principios del siglo XX. En 1891, desarrolló un equipo generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual pensaba transmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores, es decir, su objetivo era alimentar diversos aparatos y/o sistemas eléctricos con una sola fuente de energía, la cual transmitiría electricidad de forma inalámbrica mediante el fenómeno de la inducción, utilizando un nuevo sistema de energía diseñado por él mismo, el sistema de energía alterna. Modernos entusiastas de alta tensión suelen construir bobinas de Tesla que son similares a algunos de los diseños de núcleo de aire "después" de Tesla. Estos por lo general consisten en un circuito primario tanque, un circuito LC en serie compuesto por un condensador de alta [2] a veces llamado el "bobina extra". la creación de un transformador de núcleo de aire resonante sintonizado doble. Fecha: 05/02/2015 tensión.UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA TEORIA ELECTROMAGNETICA. Esto disminuye la tendencia de la carga para salir del cable de . Bobinas Tesla más modernos usan toroides simples. correspondiente a la del tambor.UU. Posteriormente versión bobinas Tesla extienden sus campos eléctricos a grandes distancias para evitar tensiones eléctricas de alta en el primer lugar. mientras que su otro extremo se condujo a través de una bobina de autoinducción separada. La bobina primaria puede ser excitada por cualquier fuente deseada de la corriente de alta frecuencia. Esta configuración de bobina de Tesla en particular se compone de una bobina secundaria en estrecha relación con un primario inductivo. La bobina secundaria está enrollada en un tambor de material aislante. y se ensancha en la parte inferior en una capucha. con sus vueltas juntas. Bobinas más modernas usan sólo una única bobina helicoidal que comprende tanto el resonador secundario y primario. El circuito LC primaria se sintoniza de modo que resuena a la misma frecuencia que el circuito LC secundaria. la bobina secundaria inferior se comporta como un conductor de gran radio de curvatura. las funciones no son compartidas por una sola secundaria. y de un cilindro metálico que lleva la corriente a la terminal. El requisito importante es que los lados primario y secundario deben estar sintonizados a la misma frecuencia de resonancia para permitir la transferencia eficiente de la energía entre los circuitos resonantes primario y secundario. el circuito LC secundaria se compone de un transformador de bobina secundaria de núcleo de aire colocado en serie con un resonador helicoidal. típicamente fabricadas a partir de hilado de metal o conducto de aluminio flexible. lo que permite el funcionamiento al aire libre. y el circuito LC secundario. Transmisores más avanzados bobina de Tesla implican una red más fuertemente acoplado con núcleo de aire de resonancia del transformador o "oscilador maestro" la salida de la cual se alimenta entonces a otro resonador. Acoplamiento magnético directo a la secundaria superior no es deseable. La bobina helicoidal se conecta entonces al terminal. ya que la tercera bobina está diseñado para ser accionado mediante la inyección de corriente de RF directamente en el extremo inferior. un circuito resonante en serie que consiste de la bobina secundaria además de un terminal de capacitancia o "carga superior . la otra 'placa' siendo la Tierra. " En el diseño más avanzado de Tesla. Las bobinas primaria y secundaria están magnéticamente acoplados. y uno de cuyos extremos está conectado a una placa de tierra {} la Tierra. El principio es que la energía se acumula en la bobina adicional y el papel de secundario del transformador es interpretado por el oscilador maestro separada secundaria. para controlar el campo eléctrico de alta cerca de la parte superior de la secundaria y para dirigir la chispa hacia afuera y lejos de los devanados primario y secundario. 1119732 y el fondo debe ser un poco por debajo de la vuelta más alta de la bobina primaria. En algunos sistemas de transmisión de aumento de tres modernas bobinas de la bobina adicional se coloca a cierta distancia del transformador. A principios de aceite aislado bobinas de Tesla necesitan aisladores grandes y largos en sus terminales de alta tensión para evitar la descarga de aire. Cuando se supera el efecto del pequeño radio de curvatura del cable en sí. vía de chispas y la bobina primaria. que forma una "placa" de un condensador. La parte superior de la bobina extra puede ser extendida hasta la terminal de Patente EE. El conductor del eje para el terminal está en la forma de un cilindro con superficie lisa de un radio mucho mayor que la de las placas metálicas esféricas. En esta bobina la corriente de base sube haciendo que la de colector aumente cada vez más con lo que se logra un efecto regenerativo. Resistencias de 330 ohm y 22K Baquelita perforada Transistor 2222A Switch Batería de 9V Cable magnético calibre 40 y 30 Diodos LED’S Lámpara fluorescente Cautín Estaño Desarrollo y procedimiento El principio de funcionamiento se basa en que este circuito es un amplificador realimentado positivamente. Fecha: 05/02/2015 conexión a la vez y pasar a lo largo del soporte. Es uno de los transistores oficiales utilizados en el BITX. El 2N2222. Como la corriente por colector no puede aumentar más. lo que pasa a la salida vuelve a la entrada para que el efecto se acentúe más aún). Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias. Por todas esas razones. Puede trabajar a frecuencias medianamente altas. por lo que su colector empieza a conducir cada vez más hasta saturarse. 3. eso implica que entre a oscilar indefinidamente. Eso hace que la corriente de base disminuya y la corriente de colector del transistor también lo hace. frecuentemente utilizados en aplicaciones de radio por los constructores aficionados de radios. Llega un momento en que el transistor se encuentra totalmente saturado. Pero la disminución de la corriente de colector ocasiona que la corriente de base del otro transistor aumente. el transistor se energiza. induce una tensión por ley de Faraday en la bobina que está conectada a la base de dicho transistor. es un transistor bipolar NPN de baja potencia de uso general. Cuando el circuito es encendido.UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA TEORIA ELECTROMAGNETICA. Materiales y Equipos. es un transistor de uso general. la derivada del flujo magnético en la bobina de colector de este transistor se hace nula. también identificado como PN2222. Por ley de Faraday no hay tensión inducida en una bobina si el flujo no cambia. por lo tanto. 4. en ese momento su corriente de colector empieza a subir.y ningún circuito integrado. 1 Circuito de mini bobina de Tesla. Su versatilidad ha permitido incluso al club de radioaficionados Norcal lanzar en 1999 un desafío de construir un transceptor de radio utilizando únicamente hasta 22 ejemplares de este transistor . . La configuración de las espiras es tal que la corriente que circula por la bobina conectada al colector de este transistor. El ciclo se repite indefinidamente. sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Fig. Esta disminución en colector hace que la base se apague más rápido por el mismo motivo que produjo el encendido (recordemos que es realimentación positiva. [3] Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. sabiendo que la máxima potencia que puede llevar a cabo es de 3 watts. los más comunes son los TO-92. SOT-23. 2. Las hojas de especificaciones señalan como valores máximos garantizados 500 miliamperios. Su complemento PNP es el 2N2907. y SOT223. La beta (factor de amplificación. Enrollar el cable de 1mm de grosor sobre el tubo PVC de 8. y soldar el colector a la bobina de menor número de vueltas es decir al primario con la alimentación de Vcc y soldar la resistencia de 22K a la base del transistor conjuntamente con un extremo de la bobina secundaria. por lo cual puede ser usado en transmisores y amplificadores para HF. Su complementario PNP es el 2N2905 al igual que el 2N2907. el cual es el 2N3053. pero su potencia es de 1w y es sólo para aplicaciones entre 50 y 100 MHz.4cm de largo y 2cm de diámetro.UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA TEORIA ELECTROMAGNETICA. puede usarse como reemplazo del 2N2222 en caso de señales pequeñas. pero de mayor potencia es el Una vez soldados los bobina primaria conectados a la base transistor soldamos interruptor. y hasta 500 milis vatios de potencia. valores de 150 son típicos. Fig. La frecuencia de transición es de 250 a 300 MHz. Es un transistor en formato TO-39. 2 Configuración de transistor 2222A. Identificar los terminales del transistor 2222A. Armado de bobina de Tesla. El 2N3904 es un transistor de características similares pero que sólo puede transportar un décimo de la corriente que el 2N2222 puede transportar. 50 voltios de tensión de colector. 1. hFe) del transistor es de por lo menos 100. Otro transistor de características similares. lo que permite utilizarlo en aplicaciones de radio de alta frecuencia (hasta 300 MHz). También existe otro transistor que es de similares características. Fecha: 05/02/2015 2N2219. terminales de la y secundaria y al colector del un terminal al . con una frecuencia de transición de 300 MHz. TO-18. El 2N2222 es fabricado en diferentes formatos. VHF y una cierta parte de UHF (300 MHz) con una potencia de salida de 1 a 2 watts. Análisis de resultados. la relación varia de 3:1 hasta 6:1 para un diámetro de 2 cm. Para esta bobina se utilizó lo que se denomina bobina en espiral liso.00 cm y C= 8. La bobina se construyó con alambre de cobre calibre 22 (0.4 cm. Resultado final conexiones. Donde se utilizó un conductor de calibre 22 (1. al terminar las El objetivo de la bobina secundaria es que debe resonar a la misma frecuencia de la bobina primaria. donde R es el radio y H es la altura de la bobina. y tiene un total de 930 espiras. es decir una alta densidad de campo electromagnético. por lo que el cálculo de la inductancia es: 5. La inductancia para esta bobina se calculó con la siguiente relación: 3. con una separación entre vuelta y vuelta igual al diámetro del mismo. La bobina se llevó un total de 25 vueltas y por tanto R= 2. Finalmente conectamos la batería y probamos nuestro circuito.02 mm). . la cual permite un funcionamiento eficiente.253 mm). Fecha: 05/02/2015 Bobina primaria y secundaria.UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA TEORIA ELECTROMAGNETICA. La frecuencia de Resonancia. El tipo de bobina utilizada para este propósito es una bobina helicoidal. 28. Tener en cuenta la polarización del transistor y el voltaje de saturación del mismo ya que si no se toma el voltaje de polarización exacta este componente puede dañarse.10 [T] 6. que genera la emisión de un plasma en el aire circundante. inductancia de las bobinas. Campo magnético. Anexos Anexo 1: Circuito baquelita perforada.UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA TEORIA ELECTROMAGNETICA.10-9)(200)/(2. Tippens/ Física Básica/ Mc Graw Hill/ Primera Edición en español. Conclusiones Durante la elaboración del proyecto se logró el objetivo principal que fue crear una bobina de Tesla ajustable por medio de un circuito amplificador de corriente. con la obtenida analíticamente. Nooger & Neville/ Vol.0. La bobina de Tesla es un dispositivo que utiliza el principio de resonancia. y se comprobó que la frecuencia de resonancia obtenida experimental tenía una variación del 1% al 2%.02) La bobina del secundario no debe tener ninguna separación para que esta produzca un campo magnético sin perdida.2/Ed.10-7)(10. Fecha: 05/02/2015 romper la resistencia del aire y usar a este como un conductor. consta en la representación de la energía eléctrica inalámbrica. [2] Paul E. -11 B= 6. 9. B= (4 π . Referencias [1] Morones Gregorio/ Prácticas de Laboratorio de Física / PEARSON. en este caso eléctrica. armado en la . Recomendaciones Campo en el centro de N espiras circulares de radio r. al crear o retener tanta energía que a cierto punto puede llegar a ser capaz de 8. que sirvieron para validar la bobina. la frecuencia de resonancia. También durante el proyecto se obtuvieron los parámetros de diseño tales como. [3] Electricidad Básica/ Van Valkenburch. 7. para la elevación en la frecuencia de una señal de voltaje mediante un transformador especial. continental. La bobina de Tesla tiene como finalidad encontrar la relación que existe entre la corriente eléctrica y el campo magnético. . Fecha: 05/02/2015 Anexo 2: Probando la bobina de Tesla con un led.UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA TEORIA ELECTROMAGNETICA. Anexo 3: Probando la bobina de Tesla con un foco ahorrador.