Brincando com Alta Tensão #2

Brincando com Alta Tensão #2

BOBINA DE TESLA 

         A Bobina de Tesla é um transformador elevador de alta freqüência e núcleo de ar. Foi criada pelo engenheiro iugoslavo Nikola Tesla, no final do século XIX, que realizou muitas experiências com correntes alternadas de alta freqüência (acima de 10 kHz), buscando assim uma forma de gerar e transmitir correntes elétricas a grandes distâncias sem o inconveniente das enormes perdas causadas pelo Efeito Joule.

          Com a Bobina de Tesla é possível observar demonstrações elétricos fantásticas, como descargas elétricas semelhantes a raios, que proporcionam um efeito espetacular. Devido ao campo eletromagnético, ela pode acender lâmpadas fluorescentes e lâmpadas de gás néon a uma distância de até dois metros. Por causa de sua alta freqüência, a Bobina de Tesla promove um modo relativamente seguro para demonstrar fenômenos que envolvem alta tensão.

          Muitas outras experiências podem ser realizadas utilizando-se a Bobina de Tesla, algumas delas são:

~  Demonstração do efeito corona (ou efeito das pontas);

~  Aplicação da Gaiola de Faraday, que demonstra a blindagem eletromagnética;

~  A proteção de pára-raios;

~  Efeito de altas tensões em gases sob baixa pressão;

~  Comportamento dos materiais isolantes sob altas tensões;

~  Diferenças entre descargas elétricas no rio e no mar;

Funcionamento

          As Bobinas de Tesla que usam o circuito primário com alta tensão e Centelhador são chamadas de SGTC, do inglês, Spark Gap Tesla Coil, ou seja, Bobina Tesla com Centelhador.

          Para se compreender o funcionamento básico da Bobina de Tesla não é necessário mais que o domínio dos conceitos físicos básicos utilizados no estudo dos circuitos oscilantes RLC. A figura 1 mostra o circuito básico de uma Bobina de Tesla e, observando o esquema, podemos entender o funcionamento dela.

        Primeiramente, o circuito primário é alimentado por alta tensão (geralmente entre 5KV e 20KV). O transformador T1 eleva a tensão da rede para 5KV, com uma corrente de saída de aproximadamente 30mA, e carrega o capacitor C1 através da bobina primária L1, que possui uma indutância muito pequena. Como o valor da frequência da linha é muito baixa (60Hz), temos que a resistência elétrica de L1 é pequena também e com isso, temos que a impedância do circuito é formada apenas pelo secundário de T1 e pelo capacitor, que na realidade é única carga percebida por T1.

         A descarga do capacitor C1 ocorre através do centelhador SG quando a diferença de potencial nos terminais do centelhador é suficiente para vencer a rigidez dielétrica do ar. Quando ocorre a centelha nos terminais de SG, o ar é ionizado e passa a conduzir corrente elétrica, fechando assim o circuito primário e fazendo com que a carga armazenada do capacitor flua para a bobina L1, que é então percorrido por um pulso de corrente. O circuito formado pelo capacitor C1, centelhador SG e pela bobina L1 é um circuito ressonante, que produz ondas amortecidas. O amortecimento ocorre principalmente por causa da resistência dinâmica do centelhador SG.

        Quando a bobina L1 é percorrida pelo pulso de corrente, ela gera um pulso eletromagnético ao redor da bobina L2, que por sua vez absorve a energia do campo e amplifica a tensão, produzindo assim centelhas de milhares de volts nos extremos do capacitor C2, que é o terminal acoplado no topo da bobina L2. O fato desse terminal ser considerado um capacitor é que ele funciona como uma das armaduras, sendo a terra fazendo o papel da outra armadura. Como a indutância da bobina L2 é relativamente alta, a corrente que circula por ela é baixa. A energia transferida da bobina L1para a bobina L2 é máxima quando a frequência natural dos dois circuitos são iguais.

          A alta tensão em alta frequência no terminal C2 pode gerar um campo elétrico grande o suficiente para ionizar o ar e, uma vez que a ionização se inicie, ela se propaga na forma de faísca elétrica, se existir algum condutor ou corona próximo ao terminal. A corona de alta frequência se desenvolve em streamers, que parecem raios terminando no ar. O tamanho dos streamers depende da capacitância do terminal C2, que deve ser capaz de armazenar energia para alimentar os streamers.

Componentes

Bobina Secundária:

A bobina secundária é composta de um tubo de PVC de 2”, com o comprimento de 50cm (Figura 2). No tubo, é feita uma bobina de 42cm de comprimento utilizando-se fio 29 AWG (0,064mm²).

Toróide:

O toróide é feito com um tubo de alumínio flexível (sanfonado) com 80mm de diâmetro. As pontas do tubo são fechadas para obter-se um formato de coroa.

Bobina Primária:

A bobina primária é feita com fio 14 AWG (2,1mm²), fazendo-se 16 espiras com 1cm de espaçamento entre elas. O diâmetro interno da bobina é de 65mm.

Centelhador:

O centelhador é composto por 4 tubos de aço galvanizado de 4cm de diâmetro com 10cm de comprimento. São dispostos lado a lado a uma distância pequena.

Transformador:

O transformador utilizado tem uma tensão de saída de 5KV, com uma corrente de 30mA.

Capacitor:

O banco de capacitores é composto por 18 capacitores de 22nF @ 1600V. São feitas duas associações em série, com 9 capacitores em cada uma, obtendo-se duas séries de 2,4nF @ 14,4KV. As duas séries são ligadas em paralelo, obtendo-se 4,8nF @ 14,4KV. O motivo do banco de capacitor ter uma tensão tão alta é por que se deve obter o dobro da tensão de pico do circuito primário. Ou seja, como a tensão eficaz no primário é de 5000V, a tensão de pico dela é de 7070V (cujo dobro é 14140V) dada por , onde Vp é a tensão de pico e Vef é a tensão eficaz.

 AVISO IMPORTANTE 

Esse aparelho gera ALTA TENSÃO

Riscos de queimadura se manuseado de forma incorreto 

Construa e opere na supervisão de um adulto com compreensão específica na área.

 NÃO NOS RESPONSABILIZAMOS POR SEUS ATOS!