Bobina de Tesla para niños
Una bobina de Tesla es un tipo especial de transformador eléctrico. Fue inventada por Nikola Tesla y patentada en 1891. Imagina que es como un "amplificador" de electricidad que puede crear chispas eléctricas muy largas y espectaculares.
La bobina de Tesla está hecha con varios circuitos eléctricos que trabajan juntos. Nikola Tesla experimentó con muchas formas y tamaños de estas bobinas. Las bobinas más grandes pueden producir chispas eléctricas que miden varios metros de largo.
Contenido
Historia de la Bobina de Tesla
Primeros diseños
Una de las primeras bobinas de Tesla fue descrita en la revista American Electrician. Tenía un transformador de 22 voltios y un cable de cobre enrollado muchas veces.
Bobinas disruptivas de Tesla
En la primavera de 1891, Nikola Tesla hizo varias demostraciones de sus máquinas. Siguiendo investigaciones previas sobre voltaje y frecuencia, Tesla diseñó bobinas que producían corrientes de muy alto voltaje y alta frecuencia. Estas bobinas usaban condensadores (que almacenan energía eléctrica) hechos con placas móviles en aceite. Cuanto más pequeñas eran las placas, mayor era la frecuencia de las bobinas.
Tesla también usó placas de mica en una parte llamada "explosor" para ayudar a apagar el arco eléctrico rápidamente. A veces, también se usaba una ráfaga de aire para el mismo propósito.
Los condensadores se conectaban a un circuito primario doble. Cada parte primaria tenía veinte vueltas de cable cubierto de caucho. La parte secundaria tenía 300 vueltas de cable más fino, enrollado en un tubo de caucho.
En un documento de 1891, Tesla describió esta primera bobina disruptiva. Su objetivo era transformar la energía eléctrica para crear nuevos fenómenos eléctricos que necesitaban corrientes de mayor frecuencia y potencial. También incluía un mecanismo para descargar y almacenar energía en la primera parte de un transformador de radiofrecuencia. Esta fue la primera vez que se usó una corriente de radiofrecuencia para activar una antena y emitir radiación electromagnética potente.
Otra bobina de Tesla fue patentada en 1897. Este transformador podía generar corrientes de alto potencial y tenía bobinas primaria y secundaria. La bobina secundaria estaba dentro y rodeada por la primaria. También podía conectarse a tierra mientras funcionaba.
Bobinas más recientes
Las bobinas de Tesla más recientes son las que suelen construir los aficionados hoy en día. Son transformadores que no tienen un núcleo de hierro, sino de aire, y generan voltajes muy altos en frecuencias de radio. La bobina aumenta mucho el voltaje al transferir energía de un circuito a otro durante varios ciclos.
Aunque las bobinas de Tesla modernas se usan para crear chispas largas, los diseños originales de Tesla estaban pensados para la comunicación sin cables. Por eso, él usaba superficies grandes y curvas para evitar que la electricidad se escapara en forma de "descargas de corona".
Tesla también usó diferentes versiones de su bobina en experimentos con fluorescencia, rayos X, transmisión de energía eléctrica sin cables, y para estudiar la electricidad en la atmósfera.
Las bobinas más recientes tienen un circuito primario (con un condensador de alto voltaje, un "spark gap" o espacio de chispa, y una bobina primaria) y un circuito secundario (con la bobina secundaria y un toroide). El toroide es una de las terminales del condensador, y la otra terminal es la Tierra. El circuito primario se "ajusta" para que resuene a la misma frecuencia que el secundario. Las bobinas primaria y secundaria están conectadas magnéticamente de forma débil, como un transformador de aire. A diferencia de un transformador normal, que transfiere casi toda la energía, estas bobinas solo comparten una pequeña parte de sus campos magnéticos.
La mayoría de los transformadores que usan aceite como aislante necesitan materiales muy fuertes en sus conexiones para evitar descargas en el aire. Las versiones posteriores de la bobina de Tesla distribuyen su campo eléctrico en una distancia más grande para evitar que la electricidad se concentre demasiado, lo que les permite funcionar libremente en el aire.
Las terminales de la bobina suelen ser una estructura metálica con forma de toroide, cubierta con una placa metálica circular y suave. Tesla usó este tipo de elemento en sus aparatos más grandes. La terminal superior tiene poca capacidad, pero se carga al voltaje más alto posible. La carga eléctrica se acumula principalmente en la superficie exterior de este conductor elevado, que tiene una forma muy curva.
Cómo se usan y producen
Transmisión de energía
Una bobina de Tesla grande puede funcionar con voltajes muy altos, incluso millones de voltios. Por eso, debe ajustarse y usarse con mucho cuidado, no solo para que funcione bien, sino también por seguridad. Si no se ajusta correctamente y el voltaje máximo ocurre en un lugar equivocado de la bobina, una chispa podría dañar o destruir el cable, sus soportes o incluso objetos cercanos.
Tesla experimentó con muchas configuraciones de circuitos. En un circuito típico, el "spark gap" (el espacio donde salta la chispa) evita que las oscilaciones de alta frecuencia regresen al transformador. En otro tipo de circuito, las oscilaciones de alta frecuencia y gran amplitud también llegan al transformador, lo que puede dañarlo. Por eso, los constructores de bobinas de Tesla suelen usar el primer tipo de circuito y añaden filtros para proteger el transformador. Esto es muy importante cuando se usan transformadores delicados, como los de luces de neón.
Seguridad y precauciones
Al ajustar una bobina de Tesla, la frecuencia de resonancia de la bobina primaria se iguala a la de la secundaria. Es bueno empezar con poca potencia y aumentarla poco a poco. Para ayudar a que salgan las chispas, a veces se añade una pequeña punta en la parte superior de la bobina. La bobina se ajusta para conseguir las chispas más largas con una potencia determinada.
A medida que la energía y el voltaje aumentan en la bobina secundaria, se producen pulsos de corriente que ionizan y calientan el aire. Esto forma una "raíz" de plasma muy caliente y conductora, llamada "chispa directora", que sale del toroide. Este plasma es mucho más caliente y conductor que una descarga de corona. La chispa directora se divide en miles de descargas más finas, como cabellos, llamadas "streamers".
Estos "streamers" se ven como una niebla azulada al final de las chispas más brillantes. Transfieren la carga eléctrica entre el toroide y el aire alrededor. Las corrientes de los "streamers" alimentan la chispa directora, manteniéndola caliente y conductora.
En una bobina de Tesla con "spark gap", la energía se transfiere entre los circuitos primario y secundario muchas veces por segundo. Los canales conductores que se forman no se enfrían del todo entre un pulso y el siguiente. Así, en cada pulso, las nuevas descargas pueden seguir los rastros calientes de las anteriores. Esto hace que las chispas crezcan más y más con cada pulso.
La repetición de los pulsos hace que las descargas crezcan hasta que la energía que la bobina produce se iguala a la energía que se pierde en las descargas (principalmente en forma de calor). En este punto, las descargas alcanzan su longitud máxima para esa potencia. Esta combinación de alto voltaje de radiofrecuencia y pulsos repetidos es ideal para crear chispas largas y ramificadas, mucho más grandes de lo que se esperaría solo por el voltaje. Incluso más de 100 años después de las primeras bobinas de Tesla, todavía hay cosas que no se entienden completamente sobre cómo funcionan estas descargas.
El mito del efecto piel
A veces se piensa que las corrientes de alta frecuencia son menos peligrosas que las de baja frecuencia. Esto se atribuye erróneamente al "efecto piel", que hace que la corriente alterna fluya más por la superficie de un conductor. Sin embargo, en el cuerpo humano, a las frecuencias de una bobina de Tesla, la corriente puede penetrar mucho. Esto significa que las corrientes de alta frecuencia seguirán fluyendo por las partes más conductoras del cuerpo, como el sistema circulatorio y los nervios.
El sistema nervioso humano no siente directamente las corrientes eléctricas peligrosas por encima de 15/20 kHz. Como el cuerpo no siente la descarga, las personas sin experiencia pueden tocar las chispas de una bobina de Tesla pequeña sin sentir dolor. Sin embargo, hay pruebas de que los experimentadores han sufrido daños temporales en los tejidos, como dolor muscular, en las articulaciones u hormigueo durante horas o días después. Se cree que esto se debe a los efectos dañinos de las corrientes internas.
Las bobinas de Tesla grandes pueden producir corrientes de alta frecuencia y voltajes muy altos (250.000/500.000 voltios o más) que son muy peligrosos. Debido a estos altos voltajes, pueden producirse descargas que ponen en peligro la vida desde las terminales superiores. Si alguien se interpone accidentalmente en el camino de una descarga de alto voltaje hacia el suelo, la descarga eléctrica puede causar espasmos involuntarios y problemas graves del corazón. Incluso las bobinas de baja potencia pueden causar daños temporales en los tejidos internos, nervios o articulaciones debido al calor. Además, un arco eléctrico puede quemar la piel, causando quemaduras muy dolorosas y peligrosas que pueden llegar hasta el hueso y tardar meses en curarse. Por estos riesgos, los experimentadores con conocimientos evitan el contacto con las chispas de todas las bobinas, excepto las más pequeñas. Los profesionales suelen usar protección como una jaula de Faraday o trajes especiales para evitar que las corrientes entren en el cuerpo. Un peligro que a menudo se olvida es que un arco de alta frecuencia puede golpear la bobina primaria, lo que también puede producir descargas muy peligrosas.
Ejemplos y usos
Los laboratorios de Tesla en Colorado Springs tuvieron una de las bobinas de Tesla más grandes jamás construidas, conocida como el "transmisor amplificador". Este es un poco diferente de una bobina de Tesla clásica. Un amplificador usa dos bobinas para activar la base de una tercera bobina (resonador) que está a cierta distancia. Los principios de funcionamiento son similares.
La bobina de Tesla más grande jamás construida fue hecha por Greg Leyh. Es una unidad de 3.000.000 de voltios y forma parte de una escultura de 12 m de alto. Se encuentra en un parque de esculturas privado en Nueva Zelanda.
Una versión moderna de baja potencia de la bobina de Tesla se usa para encender la iluminación de esculturas y otros dispositivos.
Popularidad
Las bobinas de Tesla son muy populares entre los ingenieros eléctricos y los aficionados a la electrónica. A quien construye una bobina de Tesla como hobby se le llama "bobinador Tesla". Incluso hay convenciones donde la gente lleva sus bobinas caseras. Las bobinas de Tesla de baja energía también se usan para la fotografía Kirlian y como herramientas educativas.
En la ficción
- En los juegos "Clash Royale" y "Clash Of Clans" aparece una "Torre Tesla".
- Las bobinas de Tesla aparecen como armas en muchos juegos de ordenador, disparando electricidad a los enemigos. Algunos ejemplos son: Blood, Command & Conquer: Red Alert, Destroy All Humans!, Arcanum: Of Steamworks and Magick Obscura, Return to Castle Wolfenstein, Wolfenstein (videojuego) (versión de 2009), Tremulous (un mod de Quake3), World of Warcraft, Bioshock Infinite, Dystopia (un mod de Half-Life 2), Ratchet and Clank, BloodRayne 2, Crimson Skies, Blazing Angels 2 Secret Missions From WW2, Kingdom Rush y Fallout 3(dlc broken steel), Bloodborne.
- En el juego "Sims: Bustin' Out", se puede comprar una bobina de Tesla. Cuando los Sims la usan, mejoran sus habilidades mecánicas.
- En novelas y películas de terror, la bobina de Tesla es una herramienta común en los laboratorios de científicos. Se reconoce por los impresionantes rayos artificiales que genera. Ejemplos: Frankenstein, El Dr. Jekyll y Mr. Hyde.
- En la película de Jim Jarmusch Coffee and ... (2003), una parte de la película se titula "Jack shows Meg his Tesla coil".
- En la película "El truco final: El prestigio" hay una clara referencia a Nikola Tesla y su bobina.
- En el juego Assassins Creed 2 se menciona que Nikola Tesla creó la Bobina Tesla.
- En el juego Tomb Raider: Legend, una fase se desarrolla en un laboratorio soviético que investiga las bobinas de Tesla.
- En la película de 2010 El Aprendiz del Brujo de Disney, David usa la bobina para aumentar su poder.
- En el juego Infamous 2 se le atribuye un misil Tesla, que reactiva generadores eléctricos y daña a los enemigos.
- En el juego Dead Island hay una modificación llamada Tesla para un mazo que da un golpe eléctrico.
- En el juego Six Guns aparece un rifle Tesla que dispara bolas de electricidad.
- En el juego The Order: 1886 aparece el joven Nikola Tesla, que da herramientas y armas al protagonista.
- En el anime Occultic;Nine se menciona que la radio del protagonista tiene una bobina de Tesla.
- En el juego Beach Buggy Racing 2 existe un poder especial de coche llamado Bobina de Tesla, que neutraliza a los coches cercanos con un rayo.
- En el juego Red Dead Redemption 2 aparece un personaje secundario que hace referencia a Nikola Tesla.
Véase también
En inglés: Tesla coil Facts for Kids
- Bobina de Tesla musical
