Bobina de história de Tesla, como funciona, para que é

O bobina de Tesla É um insuor que funciona como um gerador de alta tensão e alta frequência. Foi inventado pelo físico Nikola Tesla (1856 - 1943), que a patenteou em 1891.

A indução magnética fez a Tesla pensar na possibilidade de transmitir eletricidade sem intervenção do motorista. Portanto, a idéia do cientista e do inventor era criar um aparelho que serviu para transpor a eletricidade sem usar cabos. No entanto, o uso desta máquina é muito pouco eficiente, então acabou abandonando em breve para esse fim.

figura 1. Demonstração com a bobina Tesla. Fonte: Pixabay.

Mesmo assim, as bobinas de Tesla ainda podem ser encontradas com algumas aplicações específicas, como torres de alta tensão ou experimentos de física.

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História

A bobina foi criada por Tesla logo após as experiências de Hertz chegarem à luz. O mesmo Tesla chamou "Aparelho para transmitir eletricidade". Tesla queria provar que a eletricidade poderia ser transmitida sem fios.

Em seu laboratório de Colorado Springs, Tesla teve à sua disposição uma enorme bobina de 16 metros conectada a uma antena. O dispositivo foi usado para realizar experimentos de transmissão de energia.

Experimente as bobinas de Tesla.

Em uma ocasião, houve um acidente causado por essa bobina na qual os dinos queimados de um centro localizado a 10 quilômetros de distância. Seguindo a falha, os arcos elétricos foram produzidos ao redor das janelas de dinâmmos.

Nada disso desencorajou Tesla, que continuou tentando com numerosos designs de bobina, que são conhecidos hoje com seu nome.

Como funciona?

A famosa bobina Tesla é um dos muitos designs que Nikola Tesla fez para transmitir eletricidade sem cabos. As versões originais eram de tamanho grande e usavam fontes de alta tensão e alta corrente.

Naturalmente hoje, existem projetos muito menores, compactos e caseiros que descreveremos e explicaremos na próxima seção.

Figura 2. Esquema básico de bobina Tesla. Fonte: Self feito.

Um design baseado nas versões originais da bobina Tesla é a mostrada na figura anterior. O esquema elétrico da figura anterior pode ser dividido em três seções.

Fonte (F)

A fonte consiste em um gerador de corrente alternado e um transformador de alto ganho. A saída da fonte é geralmente entre 10000 V e 30000 V.

Primeiro circuito ressonante LC 1

Consiste em um interruptor conhecido como "lacuna de faísca" ou "explosor", que fecha o circuito quando uma faísca pula entre suas pontas. O circuito LC 1 também possui um capacitor C1 e uma bobina L1 conectada em série.

Segundo circuito ressonante LC 2

O circuito LC 2 consiste em uma bobina L2 que possui uma proporção de aproximadamente 100 a 1 voltas em comparação com a bobina L1 e um capacitor C2. O condensador C2 se conecta com a bobina L2 através da Terra.

A bobina L2 geralmente é um rolo de fio. A bobina L1, embora não seja mostrada no esquema, é enrolada na bobina L2.

O condensador C2, como todos os capacitores, consiste em duas placas de metal. Nas bobinas de Tesla, uma das placas C2 geralmente tem a forma de uma cúpula esférica ou toroidal e é conectada em série com a bobina L2.

A outra placa C2 é o ambiente próximo, por exemplo, um pedestal de metal acabado em esfera e solo para fechar o circuito com a outra extremidade L2, também fundamentada no chão.

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Mecanismo de ação

Quando uma bobina de Tesla é colocada em operação, a fonte de alta tensão carrega o condensador C1. Quando atinge uma tensão suficientemente alta, faz um salto de faísca no suiche S (Spark Gap ou Explosor), fechando o circuito ressonante I.

Em seguida, o capacitor C1 é baixado através da bobina L1, gerando um campo magnético variável. Este campo magnético variável também atravessa a bobina L2 e induz uma força eletromotiva na bobina L2.

Como L2 tem cerca de 100 voltas a mais que L1, a tensão elétrica em L2 é 100 vezes maior que em L1. E como em L1 a tensão é da ordem de 10 mil volts, então em L2 será de 1 milhão de volts.

A energia magnética acumulada em L2 é transferida como energia elétrica para o capacitor C2, que quando atinge os valores máximos de tensão da ordem dos milhões de volts ioniza o ar, produz uma faísca e descarrega abruptamente através da Terra. Downloads ocorrem entre 100 e 150 vezes por segundo.

O circuito LC1 é chamado de ressonante porque a energia acumulada no condensador C1 passa para a bobina L1 e vice -versa; isto é, que ocorre uma oscilação.

O mesmo acontece no circuito ressonante LC2, no qual a energia magnética da bobina L2 é transferida como energia elétrica para o capacitor C2 e vice -versa. Isto é, no circuito, há uma corrente de ida e volta alternadamente.

A frequência de oscilação natural em um circuito LC é

Ressonância e indução mútuas

Quando a energia fornecida aos circuitos LC ocorre na mesma frequência que a frequência de oscilação do circuito natural, a transferência de energia é ideal, produzindo uma amplificação máxima na corrente do circuito. Este fenômeno comum a todos os sistemas oscilantes é conhecido como ressonância.

Os circuitos LC1 e LC2 são acoplados magneticamente, outro fenômeno que é chamado Indução mútua.

Para que a transferência de energia do circuito LC1 para o LC2 e vice -versa seja ideal, as frequências naturais de oscilação de ambos os circuitos devem coincidir, e elas também devem coincidir com a frequência da fonte de alta tensão.

Isso é conseguido ajustando os valores da capacidade e indutância em ambos os circuitos, as frequências de oscilação coincidem com a frequência da fonte:

Quando isso ocorre, a energia de origem é transferida eficientemente para o circuito LC1 e LC1 para LC2. Em cada ciclo de oscilação, a energia elétrica e magnética acumulada em cada circuito está aumentando.

Quando a tensão elétrica em C2 é alta o suficiente, a energia é liberada na forma de raios por meio da descarga de C2 para o solo.

Usos da bobina Tesla

A idéia original de Tesla em seus experimentos com essas bobinas era sempre encontrar uma maneira de transmitir eletricidade a uma grande distância sem fiação.

No entanto, a pouca eficiência desse método devido às perdas de energia de dispersão através do ambiente tornou necessário procurar outros meios para transmitir energia elétrica de energia. Hoje a fiação continua.

Pode atendê -lo: LENZ LEI: fórmula, equações, aplicações, exemplosLâmpada de plasma, que ajudou a desenvolver o experimento Tesla.

No entanto, muitas das idéias de Nikola Tesla ainda estão presentes nos sistemas atuais de fiação. Por exemplo, elevadores de tensão em subestações elétricas para transmitir por meio.

Apesar de não ter uso de grande escala, as bobinas da Tesla continuam sendo úteis na indústria elétrica de alta tensão para testar sistemas de isolamento, torres e outros dispositivos elétricos que devem funcionar com segurança. Eles também são usados ​​em programas diferentes para gerar raios e faíscas, bem como em alguns experimentos de física.

Em experimentos de alta tensão com bobinas de alta dimensão Tesla, é importante tomar medidas de segurança. Um exemplo é o uso de gaiolas de faraday para a proteção de observadores e ternos de malha de metal para artistas que participam de shows com essas bobinas.

Como fazer uma bobina caseira de Tesla?

Componentes

Nesta versão em miniatura da bobina Tesla, uma corrente alternada de alta tensão não será usada. Pelo contrário, a fonte de energia será uma bateria de 9 V, como mostrado no esquema na Figura 3.

Figura 3. Esquema para construir uma bobina Tesla Mini. Fonte: Self feito.

A outra diferença com a versão original de Tesla é o uso de um transistor. No nosso caso, será 2222a, que é um transistor NPN de baixo sinal, mas resposta rápida ou alta frequência.

O circuito também possui um interruptor S, uma bobina primária L1 de 3 laps e uma bobina L2 secundária de pelo menos 275 voltas, mas também pode estar entre 300 e 400 voltas.

A bobina primária pode ser construída com um cabo comum com isolante plástico, mas o ensino médio requer um cabo fino coberto com verniz isolante, que é o que geralmente é usado nos embopinatórios. O laminado pode ser feito em um tubo de papelão ou plástico que possui entre 3 e 4 cm de diâmetro.

Uso do transistor

Deve -se lembrar que, no tempo de Nikola Tesla, não havia transistores. Nesse caso, o transistor substitui o "Spark Gap" ou "Explosor" da versão original. O transistor será usado como um portão que permite a passagem atual ou não. Para isso, o transistor é polarizado da seguinte forma: o colecionador c para terminal positivo e o emissor e para a bateria negativa.

Quando a base b Possui polarização positiva, então permite a passagem do coletor para o remetente e, caso contrário, evita.

Em nosso esquema, a base se conecta à bateria positiva, mas uma resistência de 22 kilo ohm é intercalada, para limitar o excesso de corrente que pode queimar o transistor.

O circuito também mostra um diodo LED que pode ser vermelho. Sua função será explicada mais tarde.

Na extremidade livre da bobina secundária L2, é colocada uma esferita de metal, que pode ser construída cobrindo uma bola de poliestireno ou uma bola de pin pong com papel alumínio.

Este esferito é a placa de um condensador C, sendo a outra placa o ambiente. Isso é o que se sabe pelo nome da capacidade do parasita.

Operação de bobina Mini Tesla

Quando o interruptor S é fechado, a base do transistor é polarizada positivamente e a extremidade superior da bobina primária também é positivamente polarizada. Para que uma corrente que passa pela bobina primária continue através do coletor aparece abruptamente, sai do remetente e retorna à pilha.

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Essa corrente cresce de zero para um valor máximo em um tempo muito curto, e é por isso que induz uma força eletromotiva na bobina secundária. Isso produz uma corrente que vai do fundo da bobina L2 para a base do transistor. Essa corrente cessa abruptamente a polarização positiva da base da maneira como o fluxo atual pelo primário.

Em algumas versões, o diodo LED é removido e o circuito funciona. No entanto, colocá -lo melhora a eficiência no corte da polarização da base do transistor.

O que acontece quando a corrente circula?

Durante o rápido ciclo de crescimento da corrente no circuito primário, uma força eletromotiva foi induzida na bobina secundária. Porque a taxa de disparo entre primário e secundário.

Devido ao exposto acima, existe um intenso campo elétrico na esfera do capacitor C capaz de ionizar o gás de baixa pressão de um tubo de néon ou uma lâmpada fluorescente que se aproxima da esfera C e acelerando elétrons livres no tubo, para excitar átomos que produzem o emissão de luz.

Quando a corrente cessou abruptamente através da bobina L1 e a bobina L2 foi descarregada pelo ar ao redor do chado, o ciclo foi reiniciado.

O ponto importante nesse tipo de circuito é que tudo acontece em um tempo muito curto, para que haja um oscilador de alta frequência. Nesse tipo de circuito, Suicheo ou oscilação rápida produzida pelo transistor é mais importante do que o fenômeno de ressonância descrito na seção anterior e referido à versão original da bobina Tesla.

Experimentos propostos com bobinas Tesla Mini

Uma vez que a bobina Tesla Mini é construída, é possível experimentar. Obviamente, os raios e faíscas das versões originais não ocorrerão.

No entanto, com a ajuda de uma lâmpada fluorescente ou um tubo de neon, podemos observar como o efeito combinado do intenso campo elétrico gerado no capacitor no final da bobina e a alta frequência de oscilação desse campo, faça da lâmpada a lâmpada Iluminado mal se aproxima da esfera do condensador.

O intenso campo de eletricidade ioniza o gás de baixa pressão dentro do tubo, deixando elétrons livres dentro do gás. Assim, a alta frequência do circuito faz com que os elétrons livres dentro do tubo fluorescente acelerem e excitem o pó fluorescente aderido à parede interna do tubo, fazendo com que ele emite luz.

Você também pode se aproximar de um luminoso levou à esfera C, observando como ela liga mesmo quando os pinos de LED não se conectaram.

Referências

1. Blake, t. Teoria da bobina de Tesla. Recuperado de: TB3.com.
2. Burnett, r. Operação da bobina de Tesla. Recuperado de: Richieburnett.co.Reino Unido.
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5. Wikiwand. bobina de Tesla. Recuperado de: wikiwand.com.