teoria electro magnetica i
TRANSCRIPT
1
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA
CARRERA DE TELECOMUNICACIONES Y REDES
PORTAFOLIO DE TEORIA ELECTROMAGNETICA I
DATOS INFORMATIVOS
Nombre y Apellidos: Paul Bladimir Mayanza Balla Dirección domiciliaria: Lican Teléfono: 032941193 Correo electrónico institucional y personal
Código: 718 Fecha: 28/01/2015
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
2
SÍLABO INSTITUCIONAL
1. INFORMACIÓN GENERAL
FACULTAD INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA TELECOMUNICACIONES Y REDES
CARRERA INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, TELECOMUNICACIONES Y REDES
SEDE MATRIZ ESPOCH
MODALIDAD PRESENCIAL
SÍLABO DE TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA I
NIVEL TERCERO
PERÍODO ACADÉMICO
MARZO 2014 – AGOSTO 2014
ÁREA CÓDIGO NÚMERO DE CRÉDITOS
ESPECÍFICA IT03EO5 5
NÚMERO DE HORAS SEMANAL
PRERREQUISITOS CORREQUISITOS
5 IT02BO3 IT02BO2 IT03EO3
NOMBRE DEL DOCENTE ANDRÉS FERNANDO MOROCHO CAIZA
NÚMERO TELEFÓNICO 03 2967107 0968667478
CORREO ELECTRÓNICO [email protected]
TÍTULOS ACADÉMICOS DE TERCER NIVEL
INGENIERO EN ELECTRÓNICA, CONTROL Y REDES INDUSTRIALES.
TÍTULOS ACADÉMICOS DE POSGRADO
2. DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA
2.1. INDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA DE LA ASIGNATURA EN RELACIÓN AL PERFIL PROFESIONAL
La dificultad de la aplicación de las características y leyes del electromagnetismo para entender y explicar la generación de los campos eléctricos y magnéticos, a través de métodos, técnicas y procedimientos en la solución de problemas, intereses y necesidades de las diferentes actividades electromagnéticas, de la producción, los servicios, considerando la relación del encargo social en la que se desenvuelve el hombre, determinando así sus causas, consecuencias y desarrollo para el buen vivir; el estudiante tendrá dificultades en resolver este tipo de problemas que se encuentran en
3
las tarjetas electrónicas y medios de transmisión, específicamente en el área de las telecomunicaciones. 2.2. CONTRIBUCIÓN DE LA ASIGNATURA EN LA FORMACIÓN DEL
PROFESIONAL La materia de Teoría Electromagnética I es una materia del área específica dentro del Pensum de Estudios que incide directamente en la formación del alumno; por tanto el estudiante al final del curso debe poseer competencias, conocimientos, destrezas, habilidades y valores que le permitan entender, analizar, diagnosticar, interpretar, definir y explicar el proceso de generación de los campos eléctricos y magnéticos en un problema de electromagnetismo, sus métodos, técnicas y procedimientos en la solución de problemas y estudio de casos que representan en el medio social, en condiciones de normalidad, contingencia y alteración, en situaciones conocidas y nuevas de complejidad creciente, mediante la utilización del sistema de habilidades y conocimientos esenciales de las leyes de Coulomb, Kirchhoff, Ohm, Ampere, Gauss, Biot-Savart, Faraday, Lenz, Poisson, Laplace, Joule, Poynting, Sneel y Maxwell, empleados para resolver los problemas de electromagnetismo, con el propósito de contribuir al desarrollo de la ciencia y el mejoramiento de la sociedad. 3. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA Definir, interpretar, explicar y manifestar dominio de una concepción científica mediante un enfoque teórico - sistemático en función de métodos, técnicas y procedimientos para el análisis de la generación y comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos presentes en diferentes medios de conducción, para lo cual el estudiante aprenderá a calcular los campos eléctricos y magnéticos en presencia de materiales conductores y aislantes, que permita actuar de forma consciente y activa en la ejecución de las tareas y la solución de los problemas electromagnéticos y de la ciencia; que permitan desarrollar las capacidades, cualidades y conductas valiosas de la personalidad del estudiante para que enfrente con responsabilidad, integridad, humanismo, ética, estética, independencia, creatividad y autorrealización en la solución de problemas de la sociedad y de su profesión a nivel local, nacional e internacional. 4. CONTENIDOS
UNIDADES OBJETIVOS TEMAS
1. CAMPO ELÉCTRICO ESTÁTICO EN AUSENCIA DE DIELÉCTRICOS
Explicar el campo eléctrico estático en ausencia de dieléctricos, utilizando la Ley de Coulomb, ley de Gauss en forma diferencial, ecuación de Poisson y
1.1 Ley de Coulomb. 1.2 Campo eléctrico
estático para diferentes distribuciones de carga.
4
Laplace, teorema de la divergencia, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos) para que realice cálculos de la fuerza eléctrica, campo eléctrico y potencial eléctrico utilizando gradientes, divergencias y laplacianos en coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas producido por las cargas.
1.3 Potencial electrostático.
1.4 Intensidad de campo eléctrico a partir del potencial electrostático.
1.5 Superficies equipotenciales
1.6 Ley de Gauss. Angulo sólido.
1.7 Comportamiento de los conductores en el campo electrostático.
1.8 Pantalla electrostática. 1.9 Forma diferencial de
la Ley de Gauss. 1.10 Ecuaciones de
Poisson y Laplace. 1.11 Relación entre
potencial electrostático y cargas sobre cuerpos conductores. Capacitancia.
2. CAMPO ELÉCTRICO ESTÁTICO EN PRESENCIA DE DIELÉCTRICOS
Explicar el campo eléctrico estático en presencia de dieléctricos, utilizando la Ley de Gauss en forma generalizada a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos) para que realice cálculos de los campos eléctricos, potencial eléctrico, el vector desplazamiento, densidades superficiales y volumétricas de polarización, producidos
2.1 Comportamiento de
dieléctricos en un campo eléctrico estático.
2.2 Potencial y campo eléctrico de un dipolo y de un agregado de dipolo. Vector polarización.
2.3 Distribución de carga equivalente para un dieléctrico polarizado.
2.4 Forma generalizada de la Ley de Gauss. El vector de desplazamiento eléctrico.
2.5 Condiciones de frontera.
5
por las cargas.
3. CORRIENTE
ELÉCTRICA ESTACIONARIA EN CONDUCTORES
Explicar la corriente eléctrica estacionaria en materiales conductores, utilizando la ecuación de la continuidad, ley de Ohm en forma puntual, ley de Joule, teorema de la divergencia, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias) para que realice cálculos de la conductancia y resistencia, especialmente de la resistencia de un sistema de tierra, cuando los electrodos están aterrizados.
3.1 Densidad e intensidad
de corriente.
3.2 Ecuación de la continuidad.
3.3 Mecanismo de flujo de corriente en sólidos y líquidos conductores. Fuente de fuerza electromotriz.
3.4 Ley de Ohm en forma puntual. Conductividad y resistividad.
3.5 Ley de Joule. 3.6 Propiedades
generales de los campos de corriente estacionaria.
3.7 Condiciones de frontera.
3.8 Conductancia y resistencia.
4. MAGNETOSTÁTIC
A EN AUSENCIA DE MATERIALES MAGNÉTICOS
Explicar la magnetostática en ausencia de materiales magnéticos, utilizando la ley de Biot-Savart, ley circuital de Ampere, teorema de Stokes, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales) para que realice cálculos de la intensidad de campo magnético, densidad de flujo magnético utilizando el potencial vectorial magnético, en coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas.
4.1 Fuerza magnética
entre dos cargas pequeñas en movimiento.
4.2 El concepto del campo magnético. Densidad de flujo magnético.
4.3 El campo magnético de corriente eléctrica estacionaria. Ley de Biot-Savart.
4.4 Flujo magnético y sus propiedades.
4.5 Ley circuital de Ampere.
4.6 Forma diferencial de la Ley circuital de Ampere.
6
4.7 Potencial vectorial magnético.
5. MAGNETOSTÁTIC
A EN PRESENCIA DE MATERIALES MAGNÉTICOS.
Explicar la magnetostática en presencia de materiales magnéticos, utilizando la ley circuital de Ampere en forma generalizada, teorema de Stokes, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales), para que realice cálculos de intensidad de campo magnético H, densidad de flujo magnético B, vector magnetización M, densidad de corriente de magnetización JM, densidad de corriente superficial de magnetización JMS, desarrollo de circuitos magnéticos (cálculo de la reluctancia magnética, flujo magnético, H, B)
5.1 Torque en un lazo de
corriente circular en un campo magnético uniforme. Dipolo magnético.
5.2 Potencial vectorial magnético de un lazo de corriente elemental y de un agregado de lazo. Vector de magnetización.
5.3 Corriente macroscópica equivalente a una sustancia magnetizada.
5.4 Forma generalizada de la Ley circuital de Ampere. Intensidad de campo magnético. (permeabilidad relativa, susceptibilidad magnética).
5.5 Condiciones de frontera.
5.6 Propiedades físicas de materiales magnéticos. Curva de magnetización de materiales ferromagnéticos.
5.7 Circuitos magnéticos. 5.7.1 Circuitos magnéticos lineales cuasi-filamentales. 5.7.2 Análisis aproximado de circuitos magnéticos lineales no filamentales. 5.7.3 Análisis
7
aproximado de circuitos magnéticos no lineales 5.7.4 Circuito magnético de un imán permanente.
6. INDUCCIÓN
ELECTROMAGNÉTICA
Explicar la inducción electromagnética, utilizando la ley general de inducción electromagnética (Ley de Faraday) a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales) para que realice cálculos de la fuerza electromotriz inducida
6.1 Fuerza entre dos
cargas pequeñas en un movimiento arbitrario lento.
6.2 Inducción electromagnética. Caso lazo estacionario.
6.3 Fuerza electromotriz inducida en conductores moviéndose en un campo magnético estático.
6.4 Inductancia mutua y auto-inductancia.
7. ECUACIONES DE MAXWELL
Explicar las ecuaciones de Maxwell, utilizando la ley de inducción de Faraday, matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales), ley circuital de Ampere, recopilación de las ecuaciones de los capítulos anteriores para obtener las 4 ecuaciones de Maxwel en forma integral, diferencial y compleja. Además para explicar el teorema de Poynting.
7.1 Ecuaciones generales
del campo electromagnético (ecuaciones de Maxwell).
7.2 Forma compleja de las ecuaciones de Maxwell.
7.3 Condiciones de frontera.
7.4 Teorema de Poynting.
8. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Desarrollar las ondas electromagnéticas utilizando la matemática vectorial (gradientes,
8.1 Ondas
electromagnéticas. 8.2 Ecuación de onda en
8
divergencias, laplacianos, rotacionales) y las ecuaciones de Maxwell, para generar las ondas planas sinusoidales.
el espacio libre (caso sin pérdida)
8.3 Ecuación de onda en medios materiales (caso con pérdidas)
8.4 Ondas planas sinusoidales.
8.5 Naturaleza transversal de las ondas planas.
8.6 Reflexión y refracción de ondas planas.
5. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS Activa, participativa y acciones natural del estudiante, basados en problemas y
proyectos.
Se aplicará el método de exposición directa de parte del profesor y paralelamente se hará participar al estudiante, aplicando sus conocimientos adquiridos en el curso. Se plantearán problemas integradores después de cada tema haciendo el curso aplicativo a la especialidad. Adicionalmente para reforzar el conocimiento se enviaran tareas a casa y se realizarán talleres en grupo. 6. USO DE TECNOLOGÍAS Para impartir el conocimiento se utilizarán recurso materiales como pizarrón, marcadores de tiza liquida, así como proyector y computadora; se demostrará experimentalmente la temática estudiada con el uso de equipos de laboratorio. 7. RESULTADOS O LOGROS DE APRENDIZAJE
RESULTADOS O LOGROS DEL APRENDIZAJE
CONTRIBUCION (ALTA,MEDIA,
BAJA)
EL ESTUDIANTE SERÁ CAPAZ DE
a. Fortalecer el pensamiento lógico deductivo para la resolución de problemas dentro de la carrera
MEDIA
Aplicar las derivadas, integrales, divergencias, gradientes, rotacionales, teorema de la divergencia, teorema de Stock en el desarrollo de la Teoría Electromagnética I.
b. Adquirir los conocimientos ALTA Discutir el planteamiento de un
9
que le permitan identificar y analizar problemas de ingeniería electrónica, Telecomunicaciones y Redes.
problema de Teoría Electromagnética I para su resolución posterior.
c. Implementar de manera eficaz la solución de problemas dentro de la carrera.
ALTA
Formular y resolver de manera eficaz la solución de un problema de teoría electromagnética I, utilizando las leyes y criterios del electromagnetismo, tales como, la Ley de Gauss, teorema de la divergencia, ecuaciones de Poisson y Laplace, forma generalizada de la ley de Gauss en forma diferencial e integral, vector de polarización, vector de desplazamiento, vector de magnetización, ley de Ohm en forma puntual, ley circuital de Ampere en forma diferencial e integral, potencial vectorial magnético, ley de Biot-Savart, densidad de corriente de magnetización, forma generalizada de la ley circuital de Ampere en forma diferencial e integral, densidad de corriente de magnetización, reluctancia en circuitos magnéticos, ley de inducción electromagnética de Faraday, forma diferencial de la ley Faraday-Maxwell, teorema de Poynting y vector de Poynting; para resolver un problema de electromagnetismo.
d. Manejar las diferentes herramientas tecnológicas para su aplicación en la resolución de problemas de la carrera.
MEDIA
Utilizar laboratorios y software especializado como una herramienta para la solución de problemas de Teoría Electromagnética I.
e. Demostrar su capacidad de integración en equipos multidisciplinarios de
ALTA
Organizar grupos multidisciplinarios para resolver
10
trabajo, alcanzando un enfoque holístico en la resolución de problemas
problemas de Teoría Electromagnética I y realizar tareas de investigación.
f. Demostrar un comportamiento ético, con eficacia y eficiencia profesional.
ALTA
Practicar con responsabilidad y ética requerida en los trabajos multidisciplinarios que realiza en el ejercicio profesional.
g. Utilizar la comunicación oral, escrita, gráfica y electrónica contribuyendo en el desarrollo profesional.
BAJA Describir los resultados alcanzados mediante una comunicación efectiva.
h. Desarrollar habilidades destrezas y aptitudes para construir conocimiento.
BAJA
Identificar habilidades para interpretar las normas y leyes electromagnéticas para construir conocimiento.
i. Conocer los entornos relacionados con su perfil profesional.
BAJA
Citar temas prácticos vinculados con el área de formación.
8. AMBIENTES DE APRENDIZAJE
Para un efectivo aprendizaje de esta asignatura se deberá contar con un espacio físico adecuado para transferir los conocimientos profesor – estudiante, todo esto enmarcado en un ambiente de investigación en el campo de la Teoría Electromagnética I. 9. SISTEMA DE EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA
ACTIVIDADES A EVALUAR
PRIMER PARCIA
L
SEGUNDO PARCIAL
TERCER PARCIA
L
EVALUACIÓN
PRINCIPAL
SUSPENSIÓN
Exámenes 12 20
Lecciones 5 6 5
Tareas Individuales 1
Informes
Fichas de Observación
Trabajo en Equipo 3 3 2
Trabajo de Investigación
2
Portafolios 1
Aula Virtual
11
Otros
TOTAL 8
PUNTOS 10
PUNTOS 10
PUNTOS 12
PUNTOS 20
PUNTOS
10. BIBLIOGRAFÍA
BÁSICA
Hayt, William – Buck, John. (2012). Teoría Electromagnética. Mc Graw Hill. Octava edición
POZAR, David M. (2005). Microwave Engineering. United States of America: John Wiley
COMPLEMENTARIA
KRAUS, John. (2000). Electromagnetismo. México: McGraw Hill. Quinta edición
POPOVIC, Branko. Introducción al Electromagnetismo.
Marshall-DuBroff y Skitek, Stanley. (1997). Electromagnetismo Conceptos y Aplicaciones. México: Prentice Hall.
INFANTE, Pedro. (2009).Electromagnetismo Básico e Introducción a los Circuitos Eléctricos. Ecuador: Copy Center.
LECTURAS RECOMENDADAS
POPOVIC, Soya. (2001). Introducción al Electromagnetismo. México: CECSA.
MIRANDA-SEBASTÁN-SIERRA y MARGINEDA, José Miguel. (2002). Ingeniería de Microondas Técnicas experimentales. España: Prentice Hall.
Demarest, Kenneth R. (1998). Engineering Electromagnetics. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall.
WEBGRAFÍA
http://www.freelibros.com/electronica/teoria-electromagnetica-7ma-edicion-hayt-jr-buck.html http://www.buscalibros.cl/microwave-engineering-pozar-david-cp_1670642.htm BIBLIOTECA VIRTUAL
12
Guru, Bhag Singh Hiziroglu, Huseyin. 2004. Electromagnetic Field Theory Fundamentals (2nd Edition) . Cambridge University Press http://site.ebrary.com/lib/espoch/docDetail.action?docID=10131713&p00=electromagnetic%20theory.
Arya, S.N. 2009. Fundamentals of Magnetism and Electricity. Navyug. Publishers & Distributors http://site.ebrary.com/lib/espoch/docDetail.action?docID=10415222&p00=electric%20field.
Tayal, D.C. 2009. Electricity and Magnetism. Himalaya Publishing House. http://site.ebrary.com/lib/espoch/docDetail.action?docID=10415192&p00=electric%20field.
FIRMA DEL DOCENTE DE LA ASIGNATURA
FIRMA DEL COORDINADOR DE
ÁREA
FIRMA DEL DIRECTOR DE ESCUELA
FECHA DE PRESENTACIÓN
25 de septiembre de 2014.
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
T A L L E R E S
87
88
89
90
91
92
93
94
P R U E B A S
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
DEBERES DE INVESIGACION
105
106
PROYECTO DE LA BOBINA TESLA
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA TELECOMUNICACIONES Y REDES
TEORIA ELECTROMAGNÈTICA 1
TERCER SEMESTRE “A”
INTEGRANTES: COD:
JAYRO MOREJON 720
DAVID MASAQUIZA 716
PAUL MAYANZA 718
JOSE CASTILLO RUIZ
TEMA:
BOBINA DE TESLA
RIOBAMBA- ECUADOR
107
Resumen— Una bobina de Tesla, o simplemente bobina Tesla, es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor a su inventor, el gran científico de origen croata y nacionalizado norteamericano Nikola Tesla. Son transformadores de alta frecuencia que son autorresonantes, y en realidad hay varios tipos de bobinas Tesla, ya que Nikola Tesla experimentó con una gran variedad de bobinas y configuraciones de funcionamiento. Generalmente las bobinas de Tesla generan tensiones de radiofrecuencia (RF) muy elevadas (de decenas de miles e incluso cientos de miles de voltios), por lo que dan lugar a coloridas descargas eléctricas en el aire de alcances que pueden llegar a ser del orden de pocos metros, lo que las hace muy espectaculares. No obstante, estas bobinas proporcionan corrientes muy bajas, aunque muy superiores a las que se podían obtener en la época de Tesla con las fuentes de alta tensión de entonces, que eran máquinas electrostáticas.
Abstract— A Tesla coil, or simply Tesla coil is a type of resonant transformer, named after its inventor,
the great scientist of Croatian origin and American citizen Nikola Tesla. Are high frequency transformers
are autorresonantes, and there are actually several types of Tesla coils as Nikola Tesla experimented with
a variety of coils and operating configurations. Generally Tesla coils generate tensions radio frequency
(RF) very high (tens of thousands or even hundreds of thousands of volts), which result in electric shocks
colorful air scopes can become the order of few meters, making them very spectacular. However, these
coils provide very low currents, although much higher than those that could be obtained at the time of
Tesla with high voltage sources then, they were electrostatic machines.
Palabras Clave— Condensador: es un elemento eléctrico con capacidad de almacenar carga eléctrica,
formado generalmente por dos placas paralelas conductoras separadas por un material aislante que puede ser aire, mica, papel.
Bobina: es un elemento formado por espiras de alambre arrollado que almacena energía en forma de campo magnético.
Campo eléctrico: es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas o flujo de electricidad.
Explosor: Generador de energía por medio del cual se aplica una descarga eléctrica de intensidad suficiente en el circuito de detonadores eléctricos con el fin de iniciar la voladura.
BOBINA TESLA José Castillo, Paul Mayanza, Jayro Morejon
[email protected],[email protected], [email protected].
Escuela Superior Politécnica De Chimborazo. Riobamba-Ecuador
_
“Saber para Ser”
INTRODUCCIÓN
El concepto de enviar energía sin cables no es nuevo, a principios del siglo XX en 1891, el físico Nikola Tesla desarrolló un equipo generador de alta frecuencia y alta tensión llamado bobina Tesla, con el cual consiguió generar transferencia inalámbrica de energía eléctrica mediante ondas electromagnéticas.
En realidad Nikola Tesla experimentó con una gran variedad de bobinas y configuraciones, así que es difícil describir un modo específico de construcción que satisfaga a aquéllos que hablan sobre bobinas de Tesla. Dicho sistema se basaba en la capacidad de la ionosfera para conducir electricidad, según Tesla existía mucha electricidad entre la tierra y la ionosfera. Usando entonces la polaridad negativa de la Tierra se podría conducir y transmitir la corriente a todo el mundo, en forma gratis y sin cables usando unas torres que estarían en frecuencia entre ellas. La potencia se transmitía a una frecuencia de 7.83 c/s desde una enorme torre, y se valía de un fenómeno conocido como Resonancia Schumann como medio de transporte.
Nikola Tesla con el fin de realizar sus experimentos trató de construir una torre de más de 60 metros llamada Wardenclyff pero no se terminó del todo ni funcionó a plena capacidad debido a la falta de presupuesto. Nikola Tesla es uno de los inventores más importantes de la historia, concibió la radio, el motor de inducción eléctrico, las bujías, el alternador y el generador eléctrico de corriente alterna, entre otras cosas. Sin embargo, hasta hace pocos años sus invenciones fueron atribuidas a otros creadores que patentaron sus inventos antes que él.
I. Funcionamiento de la bobina Tesla Cuando se conecta la alimentación de alta tensión a los terminales como se muestra en la figura 1El condensador del circuito oscilador comienza a cargarse como lo muestra en la figura parte (A) con la polaridad suministrada, que será normalmente positiva si es una fuente de continua y dependerá de la fase del momento si es una fuente de alterna. En el momento que la tensión llega al punto de ruptura del explosor, se establece un arco entre sus bornes como se muestra en la figura1 parte (B), que descarga la energía acumulada por el condensador a través de la bobina primaria, creando una oscilación amortiguada de la frecuencia establecida por los valores L-C como lo muestra en la figura1 parte (C). Al agotarse la energía por radiación electromagnética o disipación térmica, se apaga el
Explosor y el condensador comienza a cargarse de nuevo.
Fig.1.circuito resonante
“Saber para Ser”
Página 109 de 115
El campo magnético creado por la bobina primaria induce en la secundaria una tensión de la misma frecuencia pero muchísimo más alta, provocando las espectaculares descargas características de la bobina de Tesla como se muestra en la figura 2.
Fig.2. bobina primaria y secundaria
II. CONSTRUCCIÓN DE UNA BOBINA TESLA
Se construyó un prototipo pequeño de baja potencia con fines educativos, ya que siempre existen muchos riesgos asociados al manejo de altos voltajes y la idea es mostrar el fenómeno de inducción magnética, concebido por Nikola Tesla en el siglo XX que sirvió como base para la transmisión inalámbrica de electricidad.
Materiales y herramienta utilizada
Cantidad Descripcion
1 Botella de 8cm de diametro x 20 cm de ato
75 mts Alambre de cobre calibre 22
3 mts Alambre de cobre de plastico calibre 8
1 Transformador de 30mA- 6000 volts
1 Foco de 80w a 125 volts
1 Receptaculo para el fco
1 interruptor
“Saber para Ser”
Página 110 de 115
1 base de madera de 1,5 cm por 19,5 cm por 40cm
1 Base de madera de 19mm x 29 cm x 44 cm
2 Tornillos de ¼ de diametro x 1 de largo
4 Tuercas para tornillos de 1/4
6 Hojas de acetato
1mt Papel aluminio
4 Tiras de madera de 2x1 cm x 15cm de largo
2 Angulos de aluminio 4 x 0,1 x 9,5 cm de largo
2 Angulos de aluminio 3 x 0,1 x 8 cm de largo
2 Vidrios de 10x10cm y 3mm de espesor
1 Pija larga (3/16x2)
Fig.3. diagrama esquematica
“Saber para Ser”
Página 111 de 115
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 10 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 diametro con 6 espiras, dejando 8 cm al inicio y 20 al final como se muestra en la figura 4.
Fig.4.alambre de cobre calibre 8
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.
Fig.5. bobina primaria y la bobina secundaria
“Saber para Ser”
Página 112 de 115
Se corta el (F) a la mitad para obtener dos pequeños ángulos de igual medida. Se hace un orificio de 1/4" 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" 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 como se muestra en la figura 5. Esto nos va a servir como un explosor, el cual se fija a (A) con las pijas de 1/8 x 1" (! Cuidado con tocar las puntas del secundario del transformador, cables rojos ¡). No conectar hasta el final.
Fig. 6. explosor
Construcción del capacitor
Se cortan las hojas de acetato en cruz y quedan 4 hojitas iguales de 14 x 10.7cm. Se cortan 11 rectángulos de papel aluminio de 9 x 15cm. 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.
Fig.7.capacitor
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
“Saber para Ser”
Página 113 de 115
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". 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" en los orificios y se colocan las tuercas enroscándolas ligeramente.
Fig.8. construcción del capacitor
Se cortan (G) a la mitad y las partes resultantes se doblan a la mitad. Estas serviran como pasador para mantener unidas las placas de papel aluminio de cada extremo. Al (E) se le hacen dos orificios de 3/16" 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 20cm 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 éste, 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
“Saber para Ser”
Página 114 de 115
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!
Fig.9. Bobina tesla
III. Funcionamiento El transformador T1 carga al capacitor C1 y se establece una diferencia de potencial muy grande alta tensión entre las placas de éste. El voltaje tan elevado es capaz de romper la resistencia del aire haciendo saltar una chispa entre los bornes del explosor. 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.
IV. Experimentos Si se acerca un foco común y corriente al electrodo superior de la bobina de alto voltaje L2, se observarán los efluvios internos provocados
Por la radiofrecuencia (RF).Una lámpara fluorescente encenderá también al acercarla
“Saber para Ser”
Página 115 de 115
Conclusiones
Aunque existen diversas formas de transmitir electricidad de forma inalámbrica, como son el uso de las ondas de radio, el láser infrarrojo y la inducción, por ahora ninguno de los métodos es eficiente y genera grandes pérdidas de energía en la transmisión, pero es de prever que éste tipo de tecnologías evolucionen y haya avances en el futuro.
La electricidad inalámbrica es una nueva y emocionante frontera que propone nuevas posibilidades para los fabricantes y consumidores de todo el mundo. Ésta frontera nueva tendrá un impacto en el mercado y en el diseño de productos; incluso, ofrecerá ahorros ambientales, simplificará la interfaz humana con la infraestructura y generará formas nuevas de interactuar con el diseño de dispositivos y productos complementarios.
RECOMENDACIONES
No es conveniente tener encendida la Bobina Tesla por mucho tiempo, el transformador se sobrecalentará y se quemará.
De ninguna manera se deberá tocar la bobina Tesla (solo su apagador), los altos voltajes causan daños.
No someterse por largos periodos a la radiación de la bobina.
REFERENCIAS
http://es.wikipedia.org/wiki/Bobina_de_Tesla
La electricidad inalámbrica cada vez más cerca, PAGINA WEB. Disponible en:
http://www.losnocturnos.com/blog/tecnologia/la-electricidad-INALÁMBRICA-cada-vez-
mascerca.