bobina de tesla final (2)
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FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
ELECTRICIDAD Y MAQUINAS ELECTRICAS
CONSTRUCCIÓN DE BOBINA DE TESLA
Calderón Prado, Liz Johayra
Muro Baca. Andreina Yamilley
Paz Huamán, Karem Del Milagro
Quispe Reyes, Ricardo Gianpierre
Ríos Burga, Winie Lizet
Ynoñan Juárez, Gradimy
ESTUDIANTE
Cumpa Barrios, Edwin
DOCENTE
CHICLAYO, Junio 2013
INDICE
OBJETIVOS............................................................................................................................ 3
INTRODUCCIÓN....................................................................................................................4
MARCO TEÓRICO..................................................................................................................5
FUNDAMENTACIÓN..............................................................................................................6
DESCRIPCIÓN DE LA BOBINA DE TESLA................................................................................7
Descripción de las actividades para la construcción de la bobina de Tesla:......................7
Desarrollo:.........................................................................................................................8
Construcción del capacitor:...............................................................................................8
Funcionamiento:..............................................................................................................10
DESCRIPCIÓN DE VARIABLES FÍSICAS, ELÉCTRICAS Y MECÁNICAS....................................11
Variables eléctricas..........................................................................................................11
LEYES BASICAS DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS.................................................................15
OBJETIVOS
Objetivo General:
Aplicar los temas de electromagnetismo en la bobina de Tesla
Objetivos Específicos:
Comprender los conceptos de inducción electromagnética y resonancia mediante
el dispositivo creado por Tesla (Bobina de Tesla).
Conocer el funcionamiento de una Bobina de Tesla.
Explicar el comportamiento del campo magnético en la bobina.
INTRODUCCIÓN
En este proyecto nos ayudamos del científico Nikola 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.
Tesla es el inventor de la corriente trifásica y de los motores de inducción, que mueven en
el presente todas nuestras industrias. En 1891 patentó lo que un día podría convertirse en
su más famosa invención: la base para la transmisión inalámbrica de corriente eléctrica,
conocido como la Bobina Transformadora Tesla.
Presentamos la forma de crear una bobina tesla y a partir de su construcción veremos su
funcionamiento, lo cual nos lleva a ver su impresionante fusión lo cual provoca una
iniciativa de proyecto.
El proyecto consta de poder producir energía eléctrica que sea transmitida a través del
aire mediante la bobina tesla la cual era idea del inventor de ésta, pero la cual no pudo
concluir por motivos económicos. Hemos retomado este proyecto la cual era idea original
del inventor Nikola tesla de poder transmitir la energía eléctrica sin necesidad de utilizar
algún conductor como ya hemos mencionado, se ha retomado la idea de transmitir la
electricidad mediante el aire.
MARCO TEÓRICO
La bobina Tesla es un transformador de aire con bobinas primarias y secundarias alineadas sobre
la resonancia que convierte a altas frecuencias de las corrientes elevadas de tensiones relativas
débiles, en corriente débil de altas tensiones, es decir disminuye la corriente eléctrica y eleva el
voltaje.
Su nombre se lo debe a Nikola 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 debida a que Guglielmo Macorni logró transmitir ondas de radio
exitosamente aunque ciertamente uso 17 de las patentes de Tesla. En la década de los cuarenta el
Tribunal Supremo de los Estados Unidos determino que la patente de la radio era propiedad
legítima de Tesla, no obstante, no todos lo aceptaron y se sigue reconociendo a Macorni como
inventor de la radio. Aun así, Tesla es el inventor de la corriente trifásica y alterna y de los motores
de inducción, que mueven en el presente todas nuestras industrias y además visualizó parte de lo
que ahora es el mundo como el envío de ondas de radio al universo y la trasmisión.
En la primavera de 1891, Tesla realizó una serie de demostraciones con varias máquinas ante el
American Institute of Electrical Engineers del Columbia College . Continuando las investigaciones
iniciales sobre voltaje y frecuencia de Williams Crookes, Tesla diseñó y construyó una serie de
bobinas que produjeron corrientes de alto voltaje y alta frecuencia de manera inalámbrica.
Entre sus logros figuran la invención de la radio, el motor de corriente alterna, luchaba por la
investigación de un estándar eléctrico, la lámpara de pastilla de carbono (luz de alta frecuencia), el
microscopio electrónico, un avión despegue y aterrizaje vertical, la resonancia, el radar, el
submarino eléctrico, Bobina de Tesla, Rayo de la muerte, control remoto, Rayos X, métodos y
herramientas para el control climático, transmisión de video e imágenes por métodos
inalámbricos, transferencia inalámbrica de energía, sistemas de propulsión de medios
electromagnéticos.
FUNDAMENTACIÓN
Este proyecto fue elegido para marcar la importancia de la Bobina de Tesla y la manera de
aplicar los conocimientos de Tesla, que hasta ahora son las más grandes maravillas del
mundo. La finalidad de hacer un prototipo de la bobina de Tesla 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.
La construcción de la Bobina de Tesla no es una cosa sencilla por hacer, pero haremos lo
posible para lograr esta gran aplicación de electromagnetismo. Para ello es necesario
tener en claro las leyes que utilizamos, es por esto que hemos decidido dar a conocer que
leyes utilizamos y cuáles son los tipos de circuitos.
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 proyecto 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.
DESCRIPCIÓN DE LA BOBINA DE TESLA
Para empezar se mencionaran los siguientes materiales a utilizar para proseguir al procedimiento
paso a paso de la construcción de la bobina de Tesla, luego explicar el funcionamiento de esta
bobina.
Descripción de las actividades para la construcción de la bobina de Tesla:
a. Material usado para la fabricación de una bobina:
Entre los principales elementos para la fabricación de una bobina encontramos a:
Una botella de plástico, de alcohol o de agua destilada de un litro (8 cm. de
diámetro por 20 cm. de alto)
100 metros de alambre de cobre esmaltado, calibre 22
3 metros de alambre de cobre forrado de plástico calibre 8
2 metros de cable dúplex calibre 16
Un transformador pri 125[V], sec 1500 Volts 50 Volts-Ampere (VA) 30mA (tipo
Tesla)
Dos clavijas
Un foco de 100 Wats a 125 Volts
Receptáculo para el foco
Interruptor de un polo, un tiro para 125 Volts
Un Rectángulo de triplay de 19mm. por 20cm. por 44cm ........(A)
Un Rectángulo de triplay de 19mm. por 7cm. por 15cm. ........(B)
Una Rueda de triplay de 19mm. por 15 cm. de diámetro ........(C)
2 tornillos de cabeza de coche de 1/4 de pulgada de diámetro por 2 pulgadas de
largo
4 Tuercas para tornillos de 1/4 de pulgada
2 Rondanas para tornillos de 1/4 de pulgada
8 pijas fijadoras de 1/8 x 1/2 pulgada
2 pijas fijadoras de 5/32 x 3/4 pulgadas
4 pijas fijadoras de 1/8 x 1 pulgada
4 pijas fijadoras de 3/16 x 3/4 pulgadas
Una pija fijadora de 3/16 x 2 pulgadas
4 tornillos de 10/32 x 1/2 pulgada
4 tornillos de 3/16 x 1/2 pulgadas
6 hojas de acetato para copias tamaño carta
2 vidrios de 10x10 cm. y 3 mm. de espesor
1 metro de papel aluminio
4 tiras de madera de 2x1 cm. x 15 de largo ........(D)
Ángulo de aluminio de 2,5 x 2,5 x 12,5 cm. de largo calibre 22 ........(E)
Ángulo de aluminio de 4 x 3 x 8 cm de largo calibre 18 ´o 20 ........(F)
Lamina de aluminio de 7x8 cm calibre 26 ........(G)
b. Herramientas necesarias:
Destornillador plano y Cruz.
Pinza de corte y pinza de punta.
Tijera.
Regla graduada.
Taladro.
Arco y cegueta.
Lija.
Nuestro grupo de trabajo decidió construir una pequeña bobina de Tesla con fines educativos, por
lo que existen riesgos que se asocian al nivel del voltaje.
Desarrollo:
A 0.5 cm de la parte superior de la botella de plástico, se hacen 3 orificios pequeños separados 1
cm; en el otro extremo se hacen solamente 2 orificios. En uno de los extremos se mete el alambre
de cobre calibre 22 y se enrolla de forma continua hasta llegar al otro extremo, dejando 20 cm de
alambre al inicio y al final y se hace una pequeña bobina en el extremo superior (electrodo).
Con el alambre de cobre calibre 8, se hace una bobina (L1) de 12 cm de diámetro con 6 espiras,
dejando 8 cm al inicio y 20 al final.
A (C) se fija la botella con una pija larga (3/16 x 2”) que pasa hasta (B), esto se puede hacer
incrustando la pija desde la parte posterior de la base rectangular (A). Sobre la bobina de la botella
se coloca la bobina de pocas espiras.
Se corta el (F) a la mitad para obtener dos pequeños ángulos de igual medida. Se hace un orificio
de 1/4 de pulgada a 2.5cm de altura en la parte de 4cm de largo de cada ángulo. En cada orificio se
coloca un tornillo (cabeza de coche) con una tuerca y se le pone la roldana con la otra tuerca. Los
ángulos se fijan a (B), esto se hace colocando 2 pijas de 1/8 x 1/2 pulgada en las partes no
perforadas de ambos ángulos. Estos se fijan 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 (EX), el cual
se fija a (A) con las pijas de 1/8 x 1 pulgadas (Cuidado con tocar las puntas del secundario del
transformador, cables rojos). No conectar hasta el final.
Construcción del capacitor:
Se cortan las hojas de acetato en cruz y quedan 4 hojitas iguales de 14 x 10.7 cm. Se cortan 11
rectángulos de papel aluminio de 9 x 15 cm. Se colocan 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 se colocan 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. Se coloca
nuevamente otras dos hojitas de acetato y encima otro aluminio sobresaliendo 4 cm pero
nuevamente del lado contrario que el papel aluminio anterior. Se repiten los pasos anteriores
hasta acabar con las hojitas. A 1.5cm de cada extremo de (D) se les hace un orificio de 3/16
pulgadas. 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. Se colocan los
tornillos de 3/16 x 1 y 1/2 pulgadas en los orificios y se colocan las tuercas enroscándolas
ligeramente.
Se cortan (G) a la mitad y las partes resultantes se doblan a la mitad. Estas servirán como pasador
para mantener unidas las placas de papel aluminio de cada extremo. Al (E) se le hacen dos orificios
de 3/16 pulgadas con una separación de 7cm. Se hacen otros dos orificios del lado no perforado
para fijarlo a (A) con dos pijas. Se toma 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 ángulo.
Se cortan 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. Se conecta el capacitor (C1)
a una de las puntas de la bobina primaria L1 (de alambre calibre 8) y la otra punta a una de las
placas del explosor. Se conecta la punta inferior de la bobina secundaria L2 (la de mayor número
de vueltas) a la otra placa del explosor.
Se fija el transformador T1 a (B) y los cables de salida del secundario, cables ROJOS de ´este, se
conectan a los ángulos que forman parte del explosor.
Se conecta la clavija al cable dúplex y este al receptáculo. Se une uno de los cables del interruptor
(1) (INT) con el cable dúplex y el otro cable con una de las entradas del transformador T1 (cables
negros), la otra entrada se conecta al receptáculo y se coloca el foco (F) de 100w (este foco servirá
como resistor, como se ve en el diagrama esquemático) Se fija el receptáculo con las pijas. Ahora
la Bobina de Tesla está lista para funcionar
Funcionamiento:
El transformador T1 carga al capacitor C1 y se establece una diferencia de potencial muy grande
(alta tensión) entre las placas de ´este. El voltaje tan elevado es capaz de romper la resistencia del
aire haciendo saltar una chispa entre los bornes del explosor EX.
La chispa descarga el capacitor C1 a través de la bobina primaria L1 (con pocas espiras)
estableciendo una corriente oscilante. Enseguida el capacitor C1 se carga nuevamente repitiendo
el proceso. Así resulta un circuito oscilatorio de radiofrecuencia al que llamaremos circuito
primario.
La energía producida por el circuito primario es inducida en la bobina secundaria L2 (con mayor
número de vueltas) la cual es resonante a la frecuencia natural del primario, esto es, que oscila a la
misma frecuencia en que está trabajando el circuito primario. El circuito oscilante secundario se
forma con la inductancia de la bobina secundaria L2 y la capacidad distribuida en ella misma.
Finalmente este circuito oscilante secundario produce ondas electromagnéticas de muy alta
frecuencia y voltajes muy elevados. Las ondas que se propagan en el medio hacen posible la
ionización de los gases en su cercanía y la realización de diversos experimentos.
Debemos recordar tener cuidado y no acercar aparatos electrónicos a la bobina. La alta tensión de
radiofrecuencia quema los circuitos transistorizados. El transformador y la bobina producen una
tensión muy alta y por ningún motivo deben tocarse con las manos.
DESCRIPCIÓN DE VARIABLES FÍSICAS, ELÉCTRICAS Y MECÁNICAS
Variables eléctricas
Los elementos que se utilizan para estos sistemas son los siguientes:
Voltaje : El voltaje en los sistemas eléctricos es análogo a la presión en los sistemas hidráulicos o
neumáticos. Esta es la Fuerza electromotriz requerida para producir un flujo de corriente en un
alambre, la unidad de voltaje es el volt (v).
Carga : La carga eléctrica es la integral de la corriente con respecto al tiempo. La unidad de carga es
el Coulomb. Un Coulomb es la cantidad de carga transferida en un segundo por una corriente de
un ampere:
COULOMB= AMPERE * SEGUNDO
Corriente : La corriente se refiere a la razón de cambio del flujo de carga. La unidad de corriente es
el ampere.
AMPERE= COULOMB/SEGUNDO
Si la carga positiva fluye de izquierda a derecha (o la carga negativa de derecha a izquierda),
entonces el flujo de corriente es de izquierda a derecha.
Fuente de corriente: se entiende una fuente de energía que produce un valor específico de
corriente, usualmente como función del tiempo.
Suministra una corriente específica independientemente del voltaje a través de la fuente. Si un
generador suministra la corriente en forma cadi independiente del circuito conectado se trata de
un generador de corriente.
Fuente de voltaje: Es una fuente de energía que suministra un valor específico de voltaje en
función del tiempo, en forma completamente independiente de la corriente, es decir, es un fuente
de potencia eléctrica, en la cual el voltaje es independiente de la corriente consumida.
Un generador que suministra una salida de voltaje que es casi independiente del circuito al cual
está conectado se llama generador de voltaje.
Capacitor o condensador
Un capacitor está compuesto de dos placas metálicas separadas por un dieléctrico. Su función es
almacenar cargas eléctricas. El material aislante que separa las placas se llama dieléctrico y
generalmente se usa aire, vidrio, mica, etc. Si dos placas cargadas eléctricamente están separadas
por un material dieléctrico, lo único que va a existir entre dichas placas es la influencia de
atracción a través de dicho dieléctrico.
Fusible
En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un
filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto
determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad
de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera
hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de
incendio o destrucción de otros elementos.
Transformador
Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión
en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al
equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la
salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su
diseño, tamaño, etc.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y
están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado
de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios
según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También
existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario",
de menor tensión que el secundario.
Transformador con núcleo de hierro
Un transformador elevador es el que tiene un mayor número de vueltas en la bobina secundaria.
En diagrama simbólico el transformador se dibuja como en el esquema de arriba, siempre y
cuando su núcleo sea de hierro, si es de aire no se coloca nada más que las bobinas
correspondientes.
Capacidad eléctrica
Se define como la propiedad que tienen los capacitores de almacenar cargas eléctricas. La unidad
fundamental de la capacidad es el farad o faradio (F); los submúltiplos de esta unidad son los
microfaradios (millonésimos de farad en mF), picofaradios (pf), nanofaradios (nF), etc.
Ley de Faraday
Establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez
con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el
circuito como borde. Que nos indica que cuando la frecuencia de la corriente de una bobina es
muy alta varia el campo magnético y este campo magnético variable induce una corriente eléctrica
en otra bobina próxima a ella.
Inductor o bobina
Descripción: Si tomamos un conductor, por ejemplo un alambre y lo desarrollamos, formamos una
bobina; si hacemos que fluya una corriente por ella se establecerá un poderoso campo magnético
equivalente al que tiene una barra de acero imantada, con sus polos norte y sur. Es posible
demostrar que el flujo de corriente que pasa por un conductor está acompañado por efectos
magnéticos: la aguja de una brújula, por ejemplo, se desvía de su posición normal, norte-sur, en
presencia de un conductor por el cual fluye una corriente. La corriente, en otras palabras,
establece un campo magnético.
Inductancia eléctrica:
Se define como la propiedad de una bobina que consiste en la formación de un campo magnético
y en el almacenamiento de energía electromagnética cuando circula por ella una corriente
eléctrica. La unidad fundamental de la inductancia es el Henry (H); los submúltiplos de esta unidad
son los milihenry (milésimas de henry), microhenry, etc.
Frecuencia
Es el número de oscilaciones o ciclos que ocurren en un segundo. La unidad fundamental de la
frecuencia es el Hertz (Hz) y corresponde a un ciclo por segundo.
LEYES BASICAS DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS
Ley de Ohm: La ley de Ohm establece que la corriente en un circuito es proporcional a la
fuerza electromotriz total (fem) que actúa sobre el circuito e inversamente proporcional a la
resistencia total del circuito. Puede expresarse mediante.
Esta ley es fundamental para obtener circuitos de resistencias combinadas en serie y paralelo,
las corrientes y los voltajes en tales circuitos.
Donde i es la corriente (ampere), e es la fem (volts) y R la resistencia (ohms).
Circuitos en serie. La resistencia combinada de resistores conectados en serie es la suma de
las resistencias por separado.
Leyes de Kirchhoff. El uso de las leyes de Kirchhoff es indispensable para encontrar la solución
de circuitos que involucran fem, resistencias, capacitancias e inductancias. Hay dos leyes: la
ley de corrientes (ley de nodos) y la ley de voltajes (ley de mallas).
Ley de corrientes de Kirchhoff (ley de nodos). Un nodo en un circuito eléctrico es un punto
donde tres o más conductores se unen entre sí. La ley de corrientes de Kirchhoff (ley de
nodos) establece que la suma algebraica de todas las corrientes que entran al nodo o salen de
él, es cero. La corrientes que van hacia el nodo deben ser precedidas por un signo más. Las
corrientes que van hacia afuera del nodo deben estar precedidas por un signo menos.
Ley de voltajes de Kirchhoff (ley de mallas). En cualquier instante dado del tiempo la suma
algebraica de los voltajes alrededor de una malla cualquiera en un circuito eléctrico es cero.
Una elevación en el voltaje (la cual ocurre al ir a través de una fuente de fuerza electromotriz
de la terminal negativa a la positiva, o al ir a través de una resistencia en oposición al flujo de
la corriente debe ser precedida por un signo más.
Una caída de voltaje (la cual ocurre al ir a través de una fuerza electromotriz de la terminal
positiva a la negativa, o al ir a través de una resistencia en la dirección del flujo de corriente
debe estar precedida por un signo menos.
