UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
TEORIA ELECTROMAGNETICA.
Fecha: 05/02/2015
CONSTRUCCION DE MINI BOBINA BOBINA DE TESLA Cachimuel Benito Rumy
[email protected] Rodríguez Ortiz Dennis Paul
[email protected] Vargas Palacios No !isael n"
[email protected] Prez #lerena Cristian $a"ier
[email protected]
"eri "eri)i )ica carr el )unc )uncio iona nami mien ento to inal'mbrico y el alcance de la Bobina de %esla %esla.
Resumen. Comenzaremos Comenzaremos expresando expresando la
gran cantidad de aplicaciones y funcionalidades funcionalidades del electromagnetismo electromagnetismo que no solo solo está están n pres presen ente tes s en ámbi ámbito tos s científicos, es decir, no solo se presentan tales fenómenos físicos en un laboratorio sino que también se pueden presenciar en la cotidi cotidiani anida dad. d. Los encon encontra tramo mos s en un simple audífono, en un radio e incluso en dispositi dispositivos vos tan compleo compleos s y sofistica sofisticados dos como el acelerador de partículas. !ay que resaltar que se puede analizar una infinidad de elementos que basan su funcionamiento en conceptos básicos tanto del magnetismo como de la electricidad. "sí, se decide afrontar el análisis y restauración restauración de un elem elemen ento to repr repres esen enta tati tivo vo de la transmisi transmisión ón inalámbr inalámbrica ica de energía energía.. #al eleme elemento nto es conoci conocido do como como $obin $obina a de #esla.
Palabras
Clave:
Bobina ina
de
1. Obje jettivos: comprender Geeral: (nalizar y comprender las principales características& principios de )uncionamiento y construcci*n de una bobina de %esla.
Es!e"#$i"os: •
•
Itro'(""i) #a Bobina de %esla es un genera nerado dorr elec lectro tromag magnti ntico co 0ue 0ue prod produc uce e alta alta tens tensio ione nes s a ele" ele"ad adas as )recue )recuenci ncias as con e)ecto e)ectos s obser" obser"abl ables es tales tales como como e)lu"i e)lu"ios& os& coron coronas as y arcos arcos elctricos. -/
1u nomb nombre re se lo debe a Ni2ola 2ola %esla& un brillante ingeniero mec'nico y elctrico de origen serbio 0ue "i"i* en la segu segund nda a mita mitad d del del sigl siglo o 343 y a principios del siglo 33.
%esla&
electricidad inal'mbrica.
•
%. MARCO ARCO TE&R TE&RIC ICO O
Comprobar el correcto )unc )uncio iona nami mien ento to de la bobi bobina na %esla& con el )in de demostrar el e)ecto e)ecto de resonanc resonancia ia elctrica elctrica para ele"ar la )recuencia de una se+al. ,sar di)erentes elementos como bomb bombil illa las s inca incand ndes esce cent ntes es&& )luorescentes y diodos led para
5n 67& 7& desa desarr rro oll* un e0uipo uipo gene genera rado dorr de alta alta )rec )recue uenc ncia ia y alta alta tensi*n con el cual pensaba transmitir la energía energía elctrica elctrica sin necesida necesidad d de conductores& es decir& su ob8eti"o era alime imenta ntar di"ers "erso os apa aparato ratos s y9o sistemas elctricos con una sola )uente de energía& la cual transmitir tiría elec electr tric icid idad ad de )orm )orma a inal inal'm 'mbr bric ica a mediante el )en*meno de la inducci*n& utilizando un nue"o sistema de energía dise+ado por l mismo& el sistema de energía alterna. !ode !odern rnos os entu entusi sias asta tas s de alta alta tensi* tensi*n n suele suelen n constr construi uirr bobina bobinas s de %esla 0ue son similares a algunos de los dise+os de n;cleo de aire tienden sus campos elctricos a grandes distancias para e"itar tensiones elctricas de alta en el primer lugar& lo 0ue permite el )uncionamiento al aire libre. Bobinas %esla m's modernos usan toroides simples& típicamente )abricadas a partir de hilado de metal o conducto de aluminio )le>ible& para controlar el campo elctrico de alta cerca de la parte superior de la secundaria y para dirigir la chispa hacia a)uera y le8os de los de"anados primario y secundario. %ransmisores m's a"anzados bobina de %esla implican una red m's )uertemente acoplado con n;cleo de aire de resonancia del trans)ormador o tremos est' conectado a una placa de tierra A la %ierra& mientras 0ue su otro e>tremo se condu8o a tra"s de una bobina de autoinducci*n separada& y de un cilindro met'lico 0ue lle"a la corriente a la terminal. #a bobina primaria puede ser e>citada por cual0uier )uente deseada de la corriente de alta )recuencia. 5l re0uisito importante es 0ue los lados primario y secundario deben estar sintonizados a la misma )recuencia de resonancia para permitir la trans)erencia e)iciente de la energía entre los circuitos resonantes primario y secundario. 5l conductor del e8e para el terminal est' en la )orma de un cilindro con super)icie lisa de un radio mucho mayor 0ue la de las placas met'licas es)ricas& y se ensancha en la parte in)erior en una capucha. #a bobina secundaria est' enrollada en un tambor de material aislante& con sus "ueltas 8untas. Cuando se supera el e)ecto del pe0ue+o radio de cur"atura del cable en sí& la bobina secundaria in)erior se comporta como un conductor de gran radio de cur"atura& correspondiente a la del tambor. #a parte superior de la bobina e>tra puede ser e>tendida hasta la terminal de Patente 55.,,. 7: y el )ondo debe ser un poco por deba8o de la "uelta m's alta de la bobina primaria. 5sto disminuye la tendencia de la carga para salir del cable de
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cone>i*n a la "ez y pasar a lo largo del soporte.
*. Materiales + E,(i!os. E E E E E E E E E E
Resistencias de F ohm y ::G Ba0uelita per)orada %ransistor ::::( 1Hitch Batería de 7V Cable magntico calibre IF y F Diodos #5DJ1 #'mpara )luorescente Cautín 5sta+o
-. Desarrollo + !ro"e'iieto 5l principio de )uncionamiento se basa en 0ue este circuito es un ampli)icador realimentado positi"amente& eso implica 0ue entre a oscilar inde)inidamente. Cuando el circuito es encendido& el transistor se energiza? en ese momento su corriente de colector empieza a subir. #a con)iguraci*n de las espiras es tal 0ue la corriente 0ue circula por la bobina conectada al colector de este transistor& induce una tensi*n por ley de araday en la bobina 0ue est' conectada a la base de dicho transistor.
/i0. 1 Circuito de mini bobina de %esla.
5n esta bobina la corriente de base sube haciendo 0ue la de colector aumente cada "ez m's con lo 0ue se logra un e)ecto regenerati"o. #lega un momento en 0ue el transistor se encuentra totalmente saturado. Como la corriente por colector no puede aumentar m's& la deri"ada del )lu8o magntico en la bobina de colector de
este transistor se hace nula. Por ley de araday no hay tensi*n inducida en una bobina si el )lu8o no cambia. 5so hace 0ue la corriente de base disminuya y la corriente de colector del transistor tambin lo hace. 5sta disminuci*n en colector hace 0ue la base se apague m's r'pido por el mismo moti"o 0ue produ8o el encendido Krecordemos 0ue es realimentaci*n positi"a& lo 0ue pasa a la salida "uel"e a la entrada para 0ue el e)ecto se acent;e m's a;nL. Pero la disminuci*n de la corriente de colector ocasiona 0ue la corriente de base del otro transistor aumente& por lo 0ue su colector empieza a conducir cada "ez m's hasta saturarse. 5l ciclo se repite inde)inidamente.
-/ 5l
:N::::& tambin identi)icado como PN::::& es un transistor bipolar NPN de ba8a potencia de uso general. 1ir"e tanto para aplicaciones de ampli)icaci*n como de conmutaci*n. Puede ampli)icar pe0ue+as corrientes a tensiones pe0ue+as o medias? por lo tanto& s*lo puede tratar potencias ba8as Kno mayores de medio MattsL. Puede traba8ar a )recuencias medianamente altas. Por todas esas razones& es un transistor de uso general& )recuentemente utilizados en aplicaciones de radio por los constructores a)icionados de radios. 5s uno de los transistores o)iciales utilizados en el B4%3. 1u "ersatilidad ha permitido incluso al club de radioa)icionados Norcal lanzar en 777 un desa)ío de construir un transceptor de radio utilizando ;nicamente hasta :: e8emplares de este transistor E y ning;n circuito integrado.
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:N::7. 5s un transistor en )ormato %OE7& con una )recuencia de transici*n de FF !z& por lo cual puede ser usado en transmisores y ampli)icadores para & V y una cierta parte de , KFF !zL con una potencia de salida de a : Hatts& sabiendo 0ue la m'>ima potencia 0ue puede lle"ar a cabo es de Hatts. 1u complementario PNP es el :N:7F al igual 0ue el :N:7F. %ambin e>iste otro transistor 0ue es de similares características& el cual es el :NF& pero su potencia es de H y es s*lo para aplicaciones entre F y FF !z.
Ara'o 'e bobia 'e Tesla. . 5nrollar el cable de mm de grosor sobre el tubo PVC de 6.Icm de largo y :cm de di'metro. /i0. % Con)iguraci*n de transistor ::::(.
#as ho8as de especi)icaciones se+alan como "alores m'>imos garantizados FF miliamperios& F "oltios de tensi*n de colector& y hasta FF milis "atios de potencia. #a )recuencia de transici*n es de :F a FF !z& lo 0ue permite utilizarlo en aplicaciones de radio de alta )recuencia Khasta FF !zL. #a beta K)actor de ampli)icaci*n& heL del transistor es de por lo menos FF? "alores de F son típicos.
:. 4denti)icar los terminales del transistor ::::(. y soldar el colector a la bobina de menor n;mero de "ueltas es decir al primario con la alimentaci*n de Vcc y soldar la resistencia de ::G a la base del transistor con8untamente con un e>tremo de la bobina secundaria.
5l :N:::: es )abricado en di)erentes )ormatos& los m's comunes son los %OE7:& %OE6& 1O%E:& y 1O%E ::. 1u complemento PNP es el :N:7F. 5l :N7FI es un transistor de características similares pero 0ue s*lo puede transportar un dcimo de la corriente 0ue el :N:::: puede transportar? puede usarse como reemplazo del :N:::: en caso de se+ales pe0ue+as. Otro transistor de características similares& pero de mayor potencia es el
,na "ez soldados los bobina primaria conectados a la base transistor soldamos interruptor.
terminales de la y secundaria y al colector del un terminal al
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Bobia !riaria + se"('aria. Para esta bobina se utiliz* lo 0ue se denomina bobina en espiral liso& la cual permite un )uncionamiento e)iciente& es decir una alta densidad de campo electromagntico. #a inductancia para esta bobina se calcul* con la siguiente relaci*n
. inalmente conectamos la batería y probamos nuestro circuito.
Donde se utiliz* un conductor de calibre :: K.F: mmL& con una separaci*n entre "uelta y "uelta igual al di'metro del mismo. #a bobina se lle"* un total de : "ueltas y por tanto RQ :.FF cm y CQ 6.I cm.
La $re"(e"ia 'e Resoa"ia. Resultado )inal cone>iones.
al
terminar
las
5l ob8eti"o de la bobina secundaria es 0ue debe resonar a la misma )recuencia de la bobina primaria. 5l tipo de bobina utilizada para este prop*sito es una bobina helicoidal& donde R es el radio y es la altura de la bobina& la relaci*n "aria de hasta para un di'metro de : cm. #a bobina se construy* con alambre de cobre calibre :: KF.: mmL& y tiene un total de 7F espiras& por lo 0ue el c'lculo de la inductancia es
. A2lisis 'e res(lta'os.
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romper la resistencia del aire y usar a este como un conductor.
Ca!o a03ti"o. Campo en el centro de N espiras circulares de radio r.
BQ KI
π
.FELKF.FE7LK:FFL9K:.F.F:L
BQ .:6.FE-%/
4. Co"l(sioes •
•
•
Durante la elaboraci*n del proyecto se logr* el ob8eti"o principal 0ue )ue crear una bobina de %esla a8ustable por medio de un circuito ampli)icador de corriente. %ambin durante el proyecto se obtu"ieron los par'metros de dise+o tales como? la )recuencia de resonancia& inductancia de las bobinas& 0ue sir"ieron para "alidar la bobina& y se comprob* 0ue la )recuencia de resonancia obtenida e>perimental tenía una "ariaci*n del S al :S& con la obtenida analíticamente. #a bobina de %esla es un dispositi"o 0ue utiliza el principio de resonancia& en este caso elctrica& para la ele"aci*n en la )recuencia de una se+al de "olta8e mediante un trans)ormador especial& 0ue genera la emisi*n de un plasma en el aire circundante. #a bobina de %esla tiene como )inalidad encontrar la relaci*n 0ue e>iste entre la corriente elctrica y el campo magntico& consta en la representaci*n de la energía elctrica inal'mbrica& al crear o retener tanta energía 0ue a cierto punto puede llegar a ser capaz de
5. Re"oe'a"ioes •
•
%ener en cuenta la polarizaci*n del transistor y el "olta8e de saturaci*n del mismo ya 0ue si no se toma el "olta8e de polarizaci*n e>acta este componente puede da+arse. #a bobina del secundario no debe tener ninguna separaci*n para 0ue esta produzca un campo magntico sin perdida.
6. Re$ere"ias -/ !orones Tregorio9 Pr'cticas de #aboratorio de ísica 9 P5(R1ON. -:/ Paul 5. %ippens9 ísica B'sica9 !c TraH ill9 Primera 5dici*n en espa+ol. -/ 5lectricidad B'sica9 Van Val2enburch& Nooger U Ne"ille9 Vol.:95d. continental.
7. Ae8os Ae8o 1 Circuito armado en la ba0uelita per)orada.
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Ae8o % Probando la bobina de %esla
Ae8o * Probando la bobina de %esla
con un led.
con un )oco ahorrador.
