QUÉ ES UNA BOBINA DE TESLA?

¿QUÉ ES UNA BOBINA DE TESLA?

Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla, quien la patentó en 1891 a la edad de 35 años. Las bobinas de Tesla están compuestas por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. En realidad, Nikola Tesla experimentó con una gran variedad de bobinas y configuraciones, de manera que es difícil describir un modo específico de construcción que satisfaga a aquellos que hablan sobre bobinas de Tesla. Las primeras bobinas y las bobinas posteriores varían en configuraciones y montajes. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas con un alcance del orden de varios metros.

Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas de alcances del orden de metros, lo que las hace muy espectaculares. 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 William Crookes, Tesla diseñó y construyó una serie de bobinas que produjeron corrientes de alto voltaje y alta frecuencia. Estas primeras bobinas usaban la acción disruptiva de un explosor (spark-gap) en su funcionamiento. Los dispositivos posteriores fueron en ocasiones alimentados desde transformadores de alto voltaje, usando bancos de condensadores de cristal de botella inmersos en aceite para reducir las pérdidas por descargas de corona, y usaban explosores rotativos para tratar los niveles de alta potencia. Las bobinas Tesla conseguían una gran ganancia en voltaje acoplando dos circuitos LC resonantes, usando transformadores con núcleo de aire. A diferencia de los transformadores convencionales, cuya ganancia está limitada a la razón entre los números de vueltas en los arrollamientos, la ganancia en voltaje de una bobina Tesla es proporcional a la raíz cuadrada de la razón de las inductancias secundaria y primaria. Estas bobinas posteriores son los dispositivos que construyen usualmente los aficionados. Son transformadores resonantes con núcleo de aire que genera muy altos voltajes en radio frecuencias. La bobina alcanza una gran ganancia transfiriendo energía de un circuito resonante (circuito primario) a otro (secundario) durante un número de ciclos. Aunque las bobinas Tesla modernas están diseñadas usualmente para generar largas chispas, los sistemas originales de Tesla fueron diseñados para la comunicación sin hilos, de tal manera que él usaba superficies con gran radio de curvatura para prevenir las descargas de corona y las pérdidas por streamers.

Las bobinas Tesla empleadas actualmente corresponden a este último tipo de bobinas, y son las que construyen usualmente ciertos ingenieros eléctricos y entusiastas de la electrónica. Son bobinas-transformadores autorresonantes con núcleo de aire que generan muy altas tensiones a elevadas frecuencias (desde unas decenas de kilohertcios a algunos Megahertcios, según la construcción de la bobina). La bobina alcanza una gran ganancia de tensión transfiriendo energía durante un número de ciclos desde el arrollamiento primario al secundario (en bobinas excitadas a chispa), estando constituidos ambos arrollamientos como circuitos resonantes. Ambos arrollamientos están sintonizados a la misma frecuencia.

Las bobinas de Tesla modernas constan típicamente de un circuito primario, el cual es un circuito LC (inductancia-condensador) en serie compuesto de un condensador de alto voltaje, un chispero (explosor), y el arrollamiento primario ; y un circuito secundario, que es un circuito resonante en serie compuesto por el arrollamiento secundario, que suele ser terminado en su parte superior en un toroide metálico. Al aplicar una alta tensión alterna o pulsante al circuito primario, las chispas generadas en el explosor o chispero producen fuertes impulsos de radiofrecuencia cuya frecuencia dependerá de los condensadores y del bobinado primario. Modernamente se puede emplear un circuito electrónico realizado con lámparas o con transistores de potencia configurado con el arrollamiento primario de la bobina como circuito oscilador de alta frecuencia de potencia.

Físicamente, el arrollamiento primario es un arrollamiento de un número bajo de espiras (desde muy pocas espiras a un par de decenas como máximo), mientras que el arrollamiento secundario es un arrollamiento cilíndrico de una sola capa de espiras, con un número de espiras elevado (varios cientos o pocos miles de espiras), de una longitud mucho mayor que el arrollamiento primario, y en el que las espiras están juntas (por lo que debe realizarse con hilo de cobre esmaltado o bien aislado).

El arrollamiento secundario presenta una frecuencia de autorresonancia elevada (de cientos o miles de kilohertcios) que está determinada por la elevada inductancia del arrollamiento secundario y la baja capacidad parásita entre espiras que presenta el arrollamiento. Si al arrollamiento primario se le aplica corrientes a la frecuencia de autorresonancia de la bobina, se obtienen entre los extremos del arrollamiento secundario muy elevadas tensiones de RF que pueden alcanzar valores de decenas o centenas de miles de voltios (depende de la potencia de las corrientes aplicadas al arrollamiento primario), lo que crea una fuerte ionización en el aire, que puede fácilmente originar descargas de corona alrededor del terminal de alta tensión del arrollamiento secundario (el otro terminal se conecta a tierra), y vistosas descargas eléctricas (similares a los rayos) entre dicho terminal de alta tensión del arrollamiento secundario y el aire que lo circunda, y que puede alcanzar a objetos que estén próximos, sobre todo si tienen contacto físico con el suelo.

Las elevadísimas tensiones de RF generadas en la bobina Tesla no se explican solo por la simple relación del número de espiras entre el arrollamiento primario y el arrollamiento secundario (como ocurriría en cualquier transformador eléctrico ordinario), sino que interviene la autorresonancia del arrollamiento secundario. De hecho, si se varía un poco la frecuencia de las corrientes aplicadas al arrollamiento primario, el valor de la alta tensión generada en el arrollamiento secundario decae notablemente, y ello es debido a que la autorresonancia del arrollamiento secundario es muy aguda, debido al alto valor de inductancia (milihenrios) y la baja capacidad parásita (unos cuantos picofaradios) del arrollamiento secundario: Dicho técnicamente, el arrollamiento secundario presenta un valor de Q muy elevado.

El valor de la capacidad parásita del arrollamiento secundario es tan bajo, que puede ser significativamente alterado por la presencia de objetos próximos a la bobina (por ejemplo, acercando la mano a la bobina en el caso de bobinas de pequeña potencia), que también

...