Bobina de Tesla
Una bobina de Tesla és un tipo de transformador resonante, cridat aixina en honor al seu inventor, Nikola Tesla, qui la va patentar en 1891.[1] La bobina de Tesla està composta per una série de circuits elèctrics resonantes acoplats. Nikola Tesla va experimentar en gran varietat de bobines i configuracions, de modo que el prototip patentat és diferent dels seus primers prototips i dels que va continuar provant cita requerida. Les bobines de Tesla de major tamany poden provocar purnes elèctriques en una llongitut de varis metros.[2]
Història
[editar | editar còdic]Primeres bobines
[editar | editar còdic]
La revista American Electrician va donar una descripció d'una de les primeres bobines de Tesla, segons la qual, un transportador universal de 22 volts extres 15 cm per 10 0 cm se li enrollaban entre 60 i 80 regressos de fil de coure de calibre 18 AWG.
Bobines Tesla disruptivas
[editar | editar còdic]En la primavera de 1891, Nikola Tesla va realisar una série de demostracions en vàries màquines davant el American Institute of Electrical Engineers del Columbia College. Aixina Continu en les investigacions inicials voltage i freqüència de William Crookes, Tesla va dissenyar i va construir una série de bobines que varen produir corrents d'alt voltage i alta freqüència, associades a condensadores (capacitores). Estos condensadores consistien en plaques mòvils en oli. Quant més menuda era la superfície de les plaques, major era la freqüència d'estes primeres bobines. Les plaques resultaven també útils per a eliminar l'elevada auto inductància de la bobina secundària, afegint capacitat a esta. També es colocaven plaques de mica en el explosor per a establir una chorrada d'aire a través d'ell. Açò ajudava a extinguir l'arc elèctric, fent la descàrrega més abrupta. Una racha d'aire s'usava també en este objectiu.[3]
Els condensadores es conecten a un circuit primari doble (cada bobina en série en un condensador). Estos són part de la segona bobina disruptiva construïda especialment. Cada primari té vint regressos de cable cobert per caucho N.º 16 B&S i estan enrollados per separat en tubos de caucho en una gruixa no inferior a 3 mm. El secundari té 300 regressos de cable magnètic cobert de seda N.º 30 B&S, enrollado en un tubo de caucho i en els seus extrems encaixat en tubos de cristal o caucho. Els primaris tenen que ser suficientment llarcs com per a estar folgats en colocar la segona bobina entre abdós. Els primaris deuen cobrir al voltant de 5 cm del secundari. Deu colocar-se una divisió de caucho dur entre les bobines primàries. Els extrems de les primàries que no estan conectats en els condensadores es dirigiran al explosor.[4]
En System of Electric Lighting[5] (23 de juny de 1891), Tesla va descriure esta primera bobina disruptiva. Concebuda en el propòsit de convertir i suplir energia elèctrica en una forma adaptada a la producció de certs nous fenomens elèctrics, que requerien corrents de majors freqüència i potencial. També especificava un mecanisme descargador i almacenador d'energia en la primera part d'un transformador d'radiofrecuencia. Esta és la primera aparició d'una alimentació de corrent de RF capaç d'excitar una antena per a emetre potent radiació electromagnètica.
Una atra d'estes primeres bobines Tesla va ser protegida en 1897 per palesa,[6] Electrical Transformer. Este transformador desenrollava (o convertia) corrents d'alt potencial i constava de bobines primària i secundària (opcionalmente, un dels terminals de la secundària podia estar conectat eléctricamente en la primària; similarmente a les modernes bobines d'encés). Esta bobina Tesla tenia la secundària dins i rodejada per les convoluciones de la primària. Esta bobina Tesla constava de bobines primària i secundària enrolladas en forma d'espiral plana. L'aparat estava també conectat a terra quan la bobina estava en funcionament.
Bobines posteriors
[editar | editar còdic]
Estes bobines posteriors són els dispositius que construïxen usualment els aficionats. Són transformadors resonantes en núcleu d'aire que genera molt alts voltages en radiofrecuencia. La bobina alcança un gran guany transferint energia d'un circuit resonante (circuit primari) a un atre (secundari) durant un número de cicles.
Encara que les bobines Tesla modernes estan dissenyades usualment per a generar llargues purnas, els sistemes originals de Tesla varen ser dissenyats per a la comunicació sense cables, de tal manera que ell usava superfícies en gran ràdio de curvatura per a previndre les descàrregues de corona i les pèrdues per streamers.
L'intensitat del guany en voltage del circuit és proporcional a la cantitat de càrrega desplaçada, que és determinada pel producte de la capacitancia del circuit, el voltage (que Tesla cridava “pressió”) i la freqüència de les corrents empleades. Tesla també va amprar vàries versions de la seua bobina en experiments en fluorescència, rajos X, potència sense cables per a transmissió d'energia elèctrica, electroterapia, i corrents telúriques en conjunt en electricitat atmosfèrica.
Les bobines posteriors consten d'un circuit primari, el qual és un circuit LC (inductància-condensador) en série compost d'un condensador d'alt voltage, un spark gap, i una bobina primària; i un circuit secundari, que és un circuit resonante en série compost per la bobina secundària i el toroide. En els plans originals de Tesla, el circuit LC secundari està compost d'una bobina secundària carregada que és colocada en série en una gran bobina helicoidal. La bobina helicoidal estava llavors conectada al toroide. La major part de les bobines modernes usen només una única bobina secundària. El toroide constituïx una de les terminals d'un condensador, sent l'atra terminal la Terra. El circuit LC primari és “ajustat” de tal forma que resonarà a la mateixa freqüència del circuit secundari. Les bobines primària i secundària estan débilmente acoplades magnéticamente, creant un transformador en núcleu d'aire resonante. No obstant, a diferència d'un transformador convencional, que pot acoplar el 97%+ dels camps magnètics entre els arrollamientos, estos estan acoplats, compartint només el 10-20% dels seus respectius camps magnètics.
La majoria dels transformadors aïllats per oli necessiten potents aïllants en les seues conexions per a previndre descàrregues en l'aire. Posteriors versions de la bobina de Tesla distribuïxen el seu camp elèctric sobre una llarga distància per a previndre elevat estrés elèctric en el primer lloc, permetent aixina operar lliurement en aire.
Els terminals consistixen en una estructura metàlica en la forma d'un toroide, coberta en una placa metàlica circular de curvatura suau (formant una superfície conductora molt gran). Tesla va usar en el seu aparat més gran este tipo d'element dins d'una cúpula. El terminal superior té relativa poca capacitancia, carregat al major voltage que és possible. La superfície exterior del conductor elevat és a on principalment s'acumula la càrrega elèctrica. Posseïx un gran ràdio de curvatura, o està compost per elements separats els quals, respecte al seu propi radi de curvatura, estan colocats propencs entre sí de tal forma que la superfície exterior resultant té un gran ràdio.
Us i producció
[editar | editar còdic]
Este circuit d'eixemple està dissenyat per a ser alimentat en corrents alternes. Ací el spark gap talla l'alta freqüència a través del primer transformador. Una inductància, no mostrada ací, protegix el transformador..
Este també alimentat per corrents alternes. No obstant, ací el transformador de l'alimentació AC deu ser capaç de tractar alts voltages a altes freqüències.
Transmissió
[editar | editar còdic]Una bobina de Tesla gran de disseny actual pot operar en nivells de tensió en picos molt alts, fins a molts megavoltios (un milló de volts).[7] Deu per tant ser ajustada i operada cuidadosadament, no solament per eficiència i economia, sino també per seguritat. Si, per un ajust inapropiat, el punt de màxim voltage ocorre per baix de la terminal, a lo llarc de la bobina secundària, una purna de descàrrega pot danyar o destruir el cable de la bobina, els seus soports o inclús objectes propencs. Tesla va experimentar en estes i moltes atres configuracions de circuits (vore la dreta). El arrollamiento primari, el buit entre els electrodos a on bota la purna i el depòsit condensador estan conectats en série. En cada circuit, el transformador de l'alimentació AC càrrega el depòsit condensador fins que el seu voltage és suficient per a produir la ruptura del spark gap. El gap es dispara, permetent al depòsit condensador carregat descarregar-se en la bobina primària. Una volta que el gap es dispara, el comportament elèctric de cada circuit és idèntic. Els experiments han mostrat que cap dels circuits oferix cap ventaja de rendiment sobre l'atre.
No obstant, en el circuit típic (dalt), el cortocircuitar el spark gap prevé que les oscilacions d'alta freqüència 'tornen' al transformador. En el circuit altern, oscilacions d'alta amplitut i alta freqüència que apareixen a lo llarc del condensador també són aplicades a la bobina del transformador. Açò pot induir descàrregues de corona entre els girs que debiliten i finalment destruïxquen l'aïllament del transformador. Constructors experimentats de bobines Tesla utilisen casi exclusivament el circuit superior, generalment afegint filtres passa baixa (rets de resistències i condensadores) entre el transformador i el explosor. Açò és especialment important quan s'usen transformadors en oscilacions d'alt voltage fràgils, com a transformadors de llums de neó (NST en les seues sigles en anglés). Independentment de la configuració que s'use, el transformador HV deu ser del tipo que auto-llimita la seua corrent secundària per mig de inductància de fuga interna. Un transformador d'alt voltage normal (en baixa inductància de fuga) deu utilisar un llimitador extern (a voltes cridat ballast) per a llimitar la corrent. Els NST estan dissenyats per a tindre inductància de fuga alta, per a llimitar els seus curtcircuits a nivells segurs.
Seguritat i precaucions
[editar | editar còdic]En l'ajust de la bobina la freqüència de resonància de la bobina primària s'ajusta al mateix valor de la bobina secundària. És recomanable per a començar usar oscilacions de baixa potència, i a partir d'estes incrementar la potència fins al moment en el que l'aparat estiga baix control. Mentres s'ajuste, se sol afegir una menuda proyecció (cridada "breakout bump") al terminal superior per a estimular descàrregues de corona i de purnes (també cridades "streamers") en l'aire circumdant. La bobina pot llavors ajustar-se per a conseguir les descàrregues més llargues a una certa potència donada, corresponent a la coincidència de freqüències entre la bobina primària i la secundària. La "càrrega" capacitiva d'estos streamers tendix a baixar la freqüència resonante d'una bobina Tesla funcionant a potència màxima. Per distintes raons tècniques, resulta efectiu elegir als terminals superiors de la bobina en forma toroidal , lo que fa que el circuit primari escomence a oscilar. La corrent oscilante crea un camp magnètic que s'acopla en el segon arrollamiento, transferint energia a la part secundària del transformador i produint que este oscile en la capacitancia toroidal. La transferència d'energia ocorre durant varis cicles, i la major part de l'energia que originalment es trobava en la part primària, pansa a la secundària. Quant major és l'acoplament magnètic entre els arrollamientos, menor serà el temps requerit per a completar la transferència d'energia. Segons l'energia creix en el circuit oscilante secundari, l'amplitut del voltage RF del toroide creix ràpidament, i en l'aire circumdant al toroide es produïx una ruptura del dielèctric, formant una descàrrega de corona.
Segons se seguix incrementant l'energia (i el voltage exterior) de la segona bobina, es produïxen polsos majors de corrent de desplaçament que ionizan i calfen l'aire. Açò forma una “raïl” de plasma calenta molt conductora, cridada purna directora que es proyecta cap a l'exterior del toroide. El plasma en esta “conductora” està considerablement més calenta que una descàrrega de corona, i és considerablement més conductora. De fet, té propietats similars a un arc elèctric. La conductora es bifurca en mils de descàrregues molt més fines, similars a cabells, cridades streamers.
Estos streamers són com una “boira” azulada al final de les conductores més lluminoses, i són estos els que transferixen la càrrega entre el toroide i les regions espacials de càrrega circumdants. Les corrents de desplaçament d'incontables streamers alimenten a la conductora, ajudant a mantindre-la calenta i eléctricamente conductora.
En una bobina Tesla en explosor, el procés de transferència d'energia entre els circuits primaris i secundaris ocorre repetidament a unes taxes típiques de transferència de 50/500 voltes per segon, i els canals conductors prèviament formats no tenen oportunitat de gelar-se totalment entre polsos. D'esta forma, en polsos successius, les noves descàrregues poden construir-se en els rastres calents deixats per les seues predecessores. Açò produïx un creiximent consecutiu de les conductores d'un pols al següent, allargant la descàrrega en cada pols successiu.
La repetició dels polsos produïx que les descàrregues creixquen fins que l'energia mija que està disponible en la bobina Tesla durant cada pols s'equilibre en l'energia mija perduda en les descàrregues (majorment per calor). En este punt s'alcança l'equilibri dinàmic, i les descàrregues alcancen la seua màxima llongitut per a eixa potència exterior de la bobina. Esta única combinació d'un alt voltage creixent d'radiofrecuencia i una repetició de polsos sembla ajustar-se de forma ideal per a crear descàrregues llargues i bifurcadas que són considerablement majors que les que es podrien esperar simplement considerant el voltage exterior. Més de 100 anys despuix de l'us de les primeres bobines Tesla, hi ha molts aspectes de les descàrregues i dels processos de transferència d'energia que encara no es comprenen en la seua totalitat.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Uth, Robert. «Tesla coil». Tesla: Master of Lightning. PBS.org. Consultat el 2008-05-20.
- ↑ «La bobina de Tesla» (en és). www.vistronica.com. Consultat el 2021-11-03.
- ↑ Norrie, pag. 230-231
- ↑ Norrie, pag. 35-36
- ↑ US patent 0454622
- ↑ US patent 0593138
- ↑ https://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-i-ingenieria/ingenieria-electrica/respostes/2717336/com-un-voltage-pot-tindre-diferents-corrent
- Este artícul conté una traducció derivada de «Bobina de Tesla» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.