Colegio de Bachilleres Plantel Coeneo“Bobina de tesla” Reporte para alcanzar la acreditación en la materia de física Presentada por: Sandybell Saucedo, Alicia Herrera y Anayantzin Torres Junio 2012 1 Índice Prototipo……………………………………………………………3 Bobina de Tesla…………………………………………………….4 Elaboración…………………………………………………………7 Evidencias…………………………………………………………..13 Observaciones………………………………………………………14 Conclusión…………………………………………………………..15 Bibliografía…………………………………………………………..16 2 Prototipo Para comenzar es necesario mencionar que actualmente cursamos el cuarto semestre de preparatoria y en la asignatura de Física II estamos viendo el tema de electromagnetismo; para evaluar el ultimo trimestre se nos ha dejado la tarea de elaborar un prototipo sobre electromagnetismo; de acuerdo con esta actividad hemos decidido elaborar una Bobina de Tesla ya que esta cumple con varios de los fundamentos del electromagnetismo pues la Bobina de Tesla es un generador y trasformador electromagnético que produce altas tensiones de elevadas frecuencias. Elegir este proyecto fue sencillo ya que llamó demasiado nuestra atención el funcionamiento de esta; los ideales que tenemos sobre este aparato es producir una elevación y disminución de voltajes por medio de una bobina primaria y otra secundaria además de la producción de efluvios coronas y arcos eléctricos. Sabemos que la construcción de la Bobina de Tesla no será sencillo pero aremos todo lo posible para que está funcione. 3 BOBINA DE TESLA La Bobina de que Tesla produce es un generador tensiones y de regulador elevadas de voltaje electromagnético altas frecuencias (radiofrecuencias) con efectos observables como sorprendentes efluvios, coronas y arcos eléctricos. Su nombre se lo debe a Nicolás Tesla, un brillante ingeniero que vivió en la segunda mitad del siglo pasado y a principios de éste y que en 1891, desarrolló un equipo generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual pensaba transmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores. Aunque esta idea no prosperó, Tesla es el inventor de la corriente trifásica y de los motores de inducción, que mueven en el presente todas nuestras industrias. La Bobina de Tesla causa gran impresión por su espectacularidad y provoca interés por conocer su funcionamiento; una excelente manera de comprenderla y disfrutarla resulta mediante la construcción de una bobina propia. Funciona de la siguiente forma: Los componentes fundamentales son dos bobinas o devanados, eléctricamente aislados uno del otro pero enrollados sobre el mismo núcleo. Esto mantiene las líneas del campo magnético debidas a una corriente en un devanado casi totalmente dentro del núcleo. Por consiguiente, casi todas estas líneas de campo pasan a través del otro devanado, con lo cual se aumenta al máximo la inductancia mutua de los dos devanados. El devanado al que se suministra potencia se conoce como el primario; el devanado desde le cual se entrega potencia se llama secundario. 4 Ahora la fuente de ca origina una corriente alterna en el primario, la cual establece un flujo alterno en el núcleo; esto induce una fem en cada devanado, de acuerdo con la ley de Faraday. La fen inducida en el secundario da origen a una corriente alterna en el secundario, y esté entrega energía al dispositivo al que está conectado el secundario. Todas las corrientes y fem tienen la misma frecuencia de la fuente de ca. La bobina de tesla esta constituida por: Un Capacitor Un condensador de voltaje 2 Bobinas Suena sencillo pero no lo es, para elaborar esta bobina tuvimos que esforzarnos demasiado fue poco más de una semana trabajando duro todos los días. Comenzamos por comprender la parte teórica de la elaboración y funcionamiento de dicha bobina, fue bastante difícil ya que se trata de circuitos bastante complicados. 5 A continuación mostramos el circuito para que quede claro de que hablamos. Tomar la decisión de elaborar este modelo de bobina de tesla fue bastante complicado ya que probamos con varios modelos, los cuales no nos convencían por una u otra razón finalmente decidimos y nos dispusimos a trabajar. 6 Elaboración Los materiales ocupados fueron los siguientes: Material Clave Cantidad 1 50 m 3 m. 2 m. 1 Artículo Botella de alcohol de un litro (8 cm de diám. x 20 cm de alto) Alambre de cobre esmaltado calibre 22 Alambre de cobre forrado de plástico calibre 8 Cable dúplex calibre 16 Transformador primario 125V, secundario 15 Volts 50 Volts-Ampere (VA) 30mA (tipo Tesla) 2 1 1 1 A B C 1 1 1 2 4 2 8 2 4 4 1 4 4 6 2 1 m. D 4 Clavijas Foco de 100w Receptáculo para el foco Interruptor de un polo, un tiro para 125 volts Rectángulo de triplay de 16mm por 20 cm por 44 cm. Rectángulo de triplay de 16mm por 7 cm por 15 cm. Rueda de triplay de 16mm y 15cm de diámetro Tornillos de cabeza de coche de 1/4" de diámetro por 2" de largo Tuercas para tornillos de 1/4" Rondanas para tornillos de 1/4" Pijas fijadoras de 1/8 x 1/2" Pijas fijadoras de 5/32 x 3/4" Pijas fijadoras de 1/8 x 1" Pijas fijadoras de 3/16 x 3/4" Pija fijadora de 3/16 x 2" Tornillo de 10/32 x 1/2" Tornillos de 3/16 x 1 y 1/2" Hojas de acetato para copias tamaño carta Vidrios de 10x10cm y 3mm de espesor Papel aluminio Tiras de madera de 2 x 1cm x 15 cm de largo 7 E F G 1 1 1 Ángulo de aluminio de 2.5 x 2.5 x 12.5 cm de largo calibre 22 Angulo aluminio de 4 x 3 x 8 cm de largo calibre 18 ó 20 Lámina de aluminio de 7 x 8 cm calibre 26 Herramienta necesaria Desarmador plano y de cruz Pinza de corte y pinza de punta Tijeras Regla graduada Taladro Arco y segueta Lija La manera en que la elaboramos fue la siguiente: A 0.5 cm de la parte superior de la botella de plástico, hicimos 3 orificios pequeños separados 1 cm; en el otro extremo solamente 2 orificios. En uno de los extremos metimos el alambre de cobre calibre 22 y enrollamos de forma continua hasta llegar al otro extremo, dejando 20 cm de alambre al inicio y al final e hicimos una pequeña bobina en el extremo superior (electrodo). Con el alambre de cobre calibre 8, hicimos la bobina primaria de 12 cm de diámetro con 6 espiras, dejando 8 cm al inicio y 20 al final. 8 Fijamos la botella a la rueda de triplay con una pija de 3/16 x 2" que pasa hasta la base, esto lo hicimos incrustando la pija desde la parte posterior de la base rectangular. Sobre la bobina secundaria colocamos la bobina primaria. Cortamos el ángulo identificado como “F” a la mitad para obtener dos pequeños ángulos de igual medida. Hicimos un orificio de 1/4" a 2.5cm de altura en la parte de 4cm de largo de cada rectángulo. En cada orificio colocamos un tornillo con una tuerca y se le pone la roldana con la otra tuerca. Fijamos los rectángulos “B”, colocando 2 pijas de 1/8 x 1/2" en las partes no perforadas de ambos ángulos. Estos fueron fijados con una separación de 3cm de tal forma que las cabezas de los tornillos se encuentren y estos se ajustan hasta una separación aproximada de menos de 1mm para que se produzca la chispa. Esto nos va a servir como un explosor, el cual se fija a la base con las pijas de 1/8 x 1". 9 Construcción del capacitor Cortamos las hojas de acetato en cruz y quedan 4 hojitas iguales de 14 x 10.7 cm. Cortamos 11 rectángulos de papel aluminio de 9 x 15 cm. Colocamos dos rectángulos de acetato y encima de estos un rectángulo de papel aluminio, este último se coloca de manera que sobresalga 4 cm por el lado más corto del acetato. Enseguida colocamos otras dos hojitas de acetato y encima de estas otro papel aluminio de manera que también sobresalga 4cm pero de lado contrario al anterior papel aluminio. Colocamos nuevamente otras dos hojitas de acetato y encima otro aluminio sobresaliendo 4 cm pero nuevamente del lado contrario que el papel aluminio anterior. Repetimos los pasos anteriores hasta acabar con las hojitas. A 1.5cm de cada extremo de “D” se les hace un orificio de 3/16". Se colocan dos “D” por encima de todas las capas a 3cm de los extremos de estas y las otras dos por debajo de las capas, de manera que los orificios de “D” coincidan. Colocamos los tornillos de 3/16 x 1 y 1/2" en los orificios y se colocan las tuercas enroscándolas ligeramente. Cortamos “G” a la mitad y las partes resultantes se doblan a la mitad. Estas sirvieron como pasador para mantener unidas las placas de papel aluminio de cada extremo. A “E” le hicimos dos orificios de 3/16" con una separación de 7cm. Se hacen otros dos orificios del lado no perforado para fijarlo a “A” con dos pijas. 10 Formamos el capacitor, se quitan dos tuercas de dos de los extremos de “D” y se meten los tornillos en el “E”, procurando apretar el capacitor para que no se desbarate. Se enroscan las tuercas fuertemente. El capacitor debe quedar sujeto al rectángulo. Cortamos dos pedazos de 20 cm de largo del sobrante de alambre calibre 22 se lijan 4cm de los extremos de cada alambre y se colocan en los extremos del capacitor. Conectamos el capacitor a una de las puntas de la bobina primaria y la otra punta a una de las placas del explosor. Conectamos la punta inferior de la bobina secundaria a la otra placa del explosor. 11 Fijamos el transformador a “B” y los cables de salida del secundario, los cables rojos de éste, los conectamos al rectángulo que forman parte del explosor. Colocamos la clavija al cable dúplex y este al rectángulo. Unimos uno de los cables del interruptor con el cable dúplex y el otro cable con una de las entradas del transformador (cables negros), la otra entrada la conectamos al rectángulo y se coloca el foco de 100w. Se fija el rectángulo con las pijas. 12 Evidencias 13 Observaciones Elaborar un prototipo relacionado con electromagnetismo no es algo fácil ya que se debe tener en claro que leyes estamos utilizando y por que no se trata solo de medio hacerlo y no saber ni que fue lo que hicimos; es por esto que en este apartado hemos decidido dar a conocer que leyes utilizamos que tipos de circuito y porque. Uno de los circuitos que utilizamos es el circuito R-C: este es utilizado cuando las fem y las resistencias no son constantes al descargar o cargar un capacitor ya que las corrientes, voltajes y potencias cambian con el tiempo. La ley que más utilizamos para la construcción de esta bobina fue la Ley de Faraday “La Fem inducida en una espira cerrada es igual al negativo de la relación de cambio con respecto al tiempo del flujo magnético a través de la espira” Uno de los términos más usados en nuestro prototipo fue la inductancia mutua; esto se aplica de este modo: Una corriente en la bobina primaria da un flujo magnético a través de la bobina secundaria; ésta describe en términos de inductancia mutua. La inductancia mutua depende de la geometría de las dos bobinas y del material presente entre ellas. Si los circuitos son bobinas de alambre en espiras , se pude expresar M en términos del flujo promedio a través de cada espira de la bobina 2 creado por la corriente de la bobina 1, o en términos del flujo promedio a través de cada espira de la bobina 1 creado por la corriente de la bobina 2. La unidad SI de inductancia mutua es el Henry H. 14 Conclusión La Bobina de Tesla es un dispositivo que permite la transformación del voltaje por medio de una bobina primaria y otra bobina secundaria. Elaborar este prototipo no fue nada fácil sobre todo al momento de pedir opiniones a los que creíamos sabían un poco más que nosotros ya que estos solo nos decían que no podríamos hacer eso, sin embargo ninguno de estos comentarios lograron que nos diéramos por vencidas ya que entre más nos decían que no podríamos más nos empeñábamos en lograrlo y hora aquí esta funcionando nuestra mencionada “Bobina de Tesla”. Estamos totalmente satisfechas con nuestro trabajo ya que después de largas horas de estudio y esfuerzo hoy podemos presentarlo realizando su función y alcanzado los ideales que teníamos sobre el. Tal vez nuestro esfuerzo no sea totalmente valorado e incluso sea criticado, pero nuestra recompensa hoy es que hemos logrado lo que nos propusimos y hemos demostrado que nosotras también podemos realizar aparatos complejos de electromagnetismo. 15 Bibliografía http://jnaudin.free.fr/lifters/labhvps/tht.htm
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