Bobina de inducción para niños
La bobina de inducción, también conocida como bobina de Ruhmkorff por Heinrich Daniel Ruhmkorff, es un aparato eléctrico que puede generar pulsos de alto voltaje a partir de una fuente de corriente continua de bajo voltaje. Para lograr esto, la corriente eléctrica en la bobina principal se interrumpe una y otra vez con un interruptor mecánico.
Fue inventada en 1836 por Nicholas Callan y mejorada por Charles Grafton Page y William Stanley. Fue el primer tipo de transformador, un dispositivo que cambia el voltaje de la electricidad. Entre 1880 y 1920, las bobinas de inducción se usaron mucho en máquinas de rayos X, en los primeros transmisores de radio y en algunos aparatos médicos. Hoy en día, se usan principalmente como bobinas de encendido en los motores de los coches y en las clases de física para mostrar cómo funciona la inducción eléctrica.
Contenido
¿Cómo funciona una bobina de inducción?
La bobina de inducción funciona como un transformador que aumenta el voltaje. Tiene dos partes principales:
- Un bobinado primario (P): Es un cable grueso con pocas vueltas.
- Un bobinado secundario (S): Es un cable muy fino con muchas, muchas vueltas.
Ambos bobinados están enrollados alrededor de un núcleo magnético M, que está hecho de muchos hilos de hierro dulce. Usar hilos en el núcleo ayuda a evitar la pérdida de energía. Las vueltas del bobinado secundario están muy bien aisladas para que no se dañen por el alto voltaje.
Cuando una corriente eléctrica variable pasa por el bobinado primario (P), crea un campo magnético que cambia. Este cambio en el campo magnético induce (genera) un voltaje en el bobinado secundario (S). El valor de este voltaje es mucho mayor en el secundario porque tiene muchas más vueltas que el primario. Esta diferencia en el número de vueltas permite que la bobina de inducción genere miles de voltios. Cuando la corriente se interrumpe en el circuito primario, el voltaje inducido es el más alto y produce una chispa entre los terminales esféricos (G).
La fuerza de estos aparatos se medía por la longitud máxima de la chispa que podían producir entre sus electrodos. Las primeras bobinas producían chispas de unos pocos milímetros, mientras que las más grandes podían generar chispas de más de un metro.
El oscilador: el interruptor de la bobina
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Para que la bobina produzca chispas de forma continua, necesita un "oscilador" o interruptor. Este sistema fue desarrollado por Christian Ernst Neef y funciona de manera similar a un timbre eléctrico:
- Paso 1: La corriente de una batería (B) pasa por un contacto (K) y entra en el bobinado primario (P).
- Paso 2: Se crea un campo magnético en el núcleo, que actúa como un imán y atrae una pieza de metal (A) unida a una lámina elástica.
- Paso 3: La lámina se separa del contacto (K), interrumpiendo la corriente en el primario. La energía de esta interrupción es absorbida por un condensador (C). El campo magnético en el núcleo desaparece.
- Paso 4: Como la pieza de metal (A) ya no es atraída, la lámina elástica vuelve a su posición, cerrando el contacto (K) y permitiendo que la corriente fluya de nuevo.
Este proceso se repite muy rápido, muchas veces por segundo. El condensador, añadido por Hippolyte Fizeau en 1853, ayuda a que la chispa sea más fuerte y el sistema funcione mejor. Este mismo principio se usa en las bobinas de encendido de los motores de los coches para crear la chispa en las bujías.
Tipos de interruptores avanzados
Para las bobinas de inducción más grandes, como las usadas en telegrafía sin hilos o generadores de rayos X a principios del siglo XX, los interruptores de martillo no eran suficientes. Las chispas que se generaban quemaban rápidamente los contactos. Por eso, se buscaron mejores sistemas de interruptores.
Algunos inventores, como Léon Foucault, desarrollaron interruptores que usaban una aguja que se sumergía y salía de un recipiente con mercurio. Esto permitía una interrupción más rápida y resistente.
Las bobinas más grandes usaban interruptores electrolíticos o de turbina de mercurio. El interruptor electrolítico, inventado por Arthur Wehnelt en 1899, usaba una aguja de platino sumergida en un líquido especial. Cuando la corriente pasaba, se formaban burbujas de gas en la aguja que interrumpían el circuito muy rápidamente. Los interruptores de turbina de mercurio usaban una bomba que lanzaba un chorro de mercurio sobre una pieza de metal giratoria, logrando hasta 10,000 interrupciones por segundo.
Usos de la bobina de inducción
Una de las primeras aplicaciones importantes de la bobina de Ruhmkorff fue en los primeros sistemas de radio. Las corrientes de alto voltaje y alta frecuencia que producía podían generar ondas electromagnéticas que viajaban a grandes distancias por el aire. Un operador usaba un pulsador para enviar señales en código Morse, que eran recibidas por otras estaciones. Fue el inicio de lo que hoy conocemos como la radiodifusión.
Las bobinas de inducción también se usaron para generar alto voltaje en tubos de descarga de gas, como los tubos de Crookes, que fueron importantes para la investigación de los rayos X. Heinrich Rudolf Hertz las usó para demostrar la existencia de las ondas electromagnéticas, y Oliver Lodge y Guglielmo Marconi las emplearon en sus primeras investigaciones sobre las ondas de radio.
Su uso industrial más importante fue en los transmisores de radiotelegrafía y para alimentar los primeros equipos de rayos X desde 1890 hasta la década de 1920. Después, fueron reemplazadas por otros tipos de transformadores y dispositivos electrónicos.
Sin embargo, su uso más común hoy en día es en las bobinas de encendido de los motores de combustión interna de los coches, donde todavía se utilizan para crear la chispa que enciende la mezcla de aire y combustible. En los coches modernos, los interruptores mecánicos han sido reemplazados por interruptores electrónicos. También se usan versiones más pequeñas para encender los faros de xenón en cámaras y luces estroboscópicas.
Historia de la bobina de inducción
La bobina de inducción fue el primer tipo de transformador eléctrico. Durante su desarrollo entre 1836 y 1860, los investigadores descubrieron muchos principios importantes que se aplican a todos los transformadores. Por ejemplo, aprendieron que el voltaje de salida depende de la relación entre el número de vueltas de los bobinados primario y secundario. También descubrieron que usar un núcleo de hierro dividido en hilos ayudaba a reducir la pérdida de energía.
Michael Faraday descubrió el principio de inducción en 1831. La bobina de inducción fue inventada por el médico estadounidense Charles Grafton Page en 1836, y de forma independiente por el científico irlandés Nicholas Callan el mismo año. Fue mejorada por William Sturgeon y Charles Grafton Page.
George Henry Bachhoffner y Sturgeon (1837) descubrieron por separado que un núcleo de hierro dividido en hilos independientes reducía las pérdidas de energía. Las primeras bobinas tenían interruptores que se operaban a mano. El interruptor automático de "martillo" fue inventado por James William MacGauley (1838), Johann Philipp Wagner (1839) y Christian Ernst Neeff (1847). Hippolyte Fizeau (1853) añadió el condensador para mejorar el funcionamiento. Heinrich Ruhmkorff logró generar voltajes aún más altos usando bobinados secundarios muy largos, de hasta 10 kilómetros de cable, produciendo chispas de hasta 40 centímetros. A principios de la década de 1850, Edward Samuel Ritchie mejoró el aislamiento de la bobina de inducción.
Galería de imágenes
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Bobina de inducción (arriba) alimentando una unidad de rayos X de 1915.
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Bobina de encendido vibrante usada en los primeros coches como el Ford Modelo T (alrededor de 1910).
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Bobina de encendido moderna de un coche, el uso más común de las bobinas de inducción.
Véase también
En inglés: Induction coil Facts for Kids
