Implementación de la bobina de Tesla en el mundo moderno a través de su práctica y su relación directa con el cálculo

Integrantes:

Torres Guzman Cesar Havit

Olvera Martínez Aaron

Medina Zepeda Samantha

Profesora:

Dorantes Villa Claudia Jisela

Protocolo de investigación:

Implementación de la bobina de Tesla en el mundo moderno a través de su práctica y su relación directa con el cálculo.

Asignatura: Calculo

Grupo: 1CM2

02 de Junio del 2022

Implementación de la bobina de Tesla en el mundo moderno a través de su práctica y su relación directa con el cálculo.

Introducción 

Este presente trabajo es producto de la incógnita de poder conocer como por la manera la energía eléctrica interviene en la vida diaria del ser humano y en qué manera esta puede ser mejorada para el bien de este, a través de una energía alternativa, que en este caso es la bobina de Tesla, de tal forma, en la que podamos conocer su relevancia en el mundo moderno.

La 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. Pero, para construir y entender el funcionamiento de una bobina de tesla, es necesario tener conocimientos de las leyes del electromagnetismo, a partir de las cuales se ha implementado el diseño y construcción de una Bobina de Tesla, la que genera una descarga de corto alcance, que no es letal para quien la manipule, además el campo electromagnético permite realizar transferencias inalámbricas de energía. En este caso, se decidió construir una bobina de bajo poder con fines académicos, de forma que se pueda demostrar visualmente que el aire se ioniza cuando el capacitor alcanza altos voltajes, generando un arco eléctrico que descarga toda la energía del circuito a través de la bobina.

La idea principal al desarrollar el proyecto es entender su funcionamiento paso a paso de este mismo. Lograr este objetivo tiene la finalidad de entender una de las aplicaciones más importantes de los campos electromagnéticos y compartir los conocimientos adquiridos de los procesos que se generan en el diseño y construcción de la bobina, cuyos principios de funcionamiento son básicos en el entendimiento de la interacción de los campos eléctricos y magnéticos de modo que el cálculo intervenga en esto puntos. Este proyecto además consiste en el diseño e implementación de una bobina de tesla en términos de la energía eléctrica con la que contamos hoy en día. Con la realización de este proyecto veremos una importante alternativa de transporte de energía inalámbricamente.  Hacer una profunda investigación sobre la bobina de Tesla puede tornarse muy interesante ya que sería un avance muy importante para muchos  estudiantes que  quieran, entender mejor cómo funciona el transporte de la electricidad que en este caso se hace inalámbricamente lo  que hace muy interesante para la observación y experimentación.

Planteamiento del problema

Hoy en día, gracias a los avances tecnológicos se ha logrado progresar a lo que es un mundo no allegado a conexiones por cables en la pared. Grandes progresos como la telefonía inalámbrica han hecho más accesible el uso de este servicio a lo largo del mundo, o las redes computaciones, que en la época en la que vivimos ahora, hablando en términos del sector laboral son tomadas en cuenta como un carácter primordial. No olvidando también lo que es su intervención en la vida cotidiana, ya sea a través de aparatos como smartphones, smartTVs u otro tipo de dispositivo que requiera de algún tipo de conexión externa.

Ahora, sin embargo, se sigue con la problemática de como proveer energía a cualquier aparato sin la exigencia de cargar con algún tipo de cable para su transmisión. Este reto ha existido desde la invención de la misma energía eléctrica, y hoy en día sigue sin haber una solución concreta de forma general. Llegando a este punto, contamos con un recurso ciertamente especial que podemos utilizar. Una solución acercada a la resolución del problema es a través de la implementación de una bobina de Tesla a cierto aparato que se requiera. Las bobinas de Tesla constan de transmitir electricidad a ciertos aparatos como las bombillas u otros objetos en el “aire”.

Entonces, surge el cuestionamiento de que tan factible es la implementación de la bobina de Tesla para solucionar el problema del cableado en lo que son las diferentes formas de obtención de energía que tenemos en el mundo moderno.

Preguntas de investigación

Principal:

• ¿Qué tan factible es implementar el uso de la bobina de Tesla a la energía eléctrica del mundo moderno?

Específicas:

• ¿Cuál es el motivo de realizar una bobina de Tesla?
• ¿En qué magnitud la bobina de Tesla puede emplearse como un generador eléctrico?
• ¿Cuáles son los beneficios que puede traer consigo esta implementación si llega a ser posible?

Objetivos de investigación

Principal:

• Demostrar factibilidad que conlleva en implementar el uso de la bobina de Tesla a la energía eléctrica del mundo moderno.

Específicas:

• Realizar una bobina de Tesla.
• Delimitar la magnitud en la que la bobina de Tesla puede emplearse como un generador eléctrico.
• Identificar los beneficios que puede traer consigo esta implementación si llega a ser posible.

Justificación

La justificación del presente protocolo de investigación reside en que la aplicación de la bobina de Tesla tiene una posibilidad de ser un generador más viable para el planeta y otros ámbitos en general.

La bobina de Tesla es un embobinado que funciona como generador de alto voltaje y alta frecuencia. Fue inventada por el físico Nikola Tesla (1856 – 1943), quien la patentó en 1891.La idea original de Tesla en sus experimentos con estas bobinas siempre fue encontrar la forma de transmitir la energía eléctrica a gran distancia sin cableado.

La inducción magnética le hacía pensar a Tesla en la posibilidad de transmitir energía eléctrica sin la intervención de conductores. Por ello, la idea del científico e inventor era crear un aparato que sirviera para traspasar electricidad sin necesidad de utilizar cables. Sin embargo, el uso de esta máquina es muy poco eficiente, por lo que acabó abandonándose al poco tiempo para este fin. La poca eficiencia de este método debido a las pérdidas de energía por dispersión a través del medio ambiente hizo necesario que se buscaran otros medios para transmitir energía eléctrica de potencia. Hoy en día se continúa usando el cableado.

Sin embargo, en los sistemas de transmisión con cableado actuales siguen presentes muchas de las ideas originales de Nikola Tesla. Por ejemplo, los transformadores elevadores de tensión en las subestaciones eléctricas para transmitir mediante cables con menos pérdidas, y los transformadores reductores de voltaje para la distribución en los hogares, fueron ideados por Tesla. Pese a no tener uso en gran escala, las bobinas de Tesla continúan siendo útiles en la industria eléctrica de alta tensión para poner a prueba sistemas aislantes, torres y otros dispositivos eléctricos que deben funcionar en forma segura. También se usan en distintos espectáculos para generar rayos y chispas, así como en algunos experimentos de física.

Teniendo en cuenta lo anterior dicho, averiguar el hecho de que pasaría si se tomara su uso en una escala mayor es una gran conjetura si se llega a considerar en que más se podría innovar si estar implementación llegará a ser totalmente eficiente.

Marco teórico

1. Antecedentes

1. Uno de sus hitos iníciales puede situarse hacia el año 600 a. C., cuando el filósofo griego Tales de Mileto observó que, frotando una varilla de ámbar con una lana o piel, se obtenían pequeñas cargas (efecto triboeléctrico) que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa.
2. Desarrollada en 1891 por Nikola Tesla, la bobina de Tesla fue creada para hacer experimentos relacionados con la creación de descargas eléctricas de alto voltaje. El dispositivo consiste en una fuente de alimentación, un capacitor (o condensador eléctrico) y un transformador de bobina para que los picos de voltaje alternen entre los dos, y un juego de electrodos para que la chispa salte entre ellos a través del aire. Usado en aplicaciones que van, desde un acelerador de partículas hasta los televisores y los juguetes. La bobina de Tesla es un transformador resonante que produce altas tensiones de elevadas frecuencias, llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla, un gran ingeniero serbio-estadounidense, quien en 1891 desarrolló un generador de alta frecuencia y tensión con el cual proyectaba trasmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores. Las bobinas de Tesla están compuestas por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. Las primeras bobinas y las bobinas posteriores varían en configuraciones y montajes. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas de largo alcance, lo que las hace muy espectaculares con efectos observables por el ojo humano como chispas, coronas y arcos eléctricos. Aunque la idea de Tesla no prosperó, a él le debemos la corriente trifásica, los motores de inducción que mueven las industrias y otras 700 patentes. Fue construido en un principio con el fin de enviar imágenes y sonidos a distancia, pero en realidad se trataba un sistema para el envío de electricidad de manera gratuita a toda la población.

1. Términos básicos:

1. Energía eléctrica: La energía eléctrica es la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico.
2. Corriente eléctrica: La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico.
3. Circuito eléctrico: Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y s semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada
4. Capacitor: Un capacitor está compuesto de dos placas metálicas separadas por un dieléctrico. Su función es almacenar cargas eléctricas. El material aislante que separa las placas se llama dieléctrico y generalmente se usa aire, vidrio, mica, etc. Si dos placas cargadas eléctricamente están separadas por un material dieléctrico, lo único que va a existir entre dichas placas es la influencia de atracción a través de dicho dieléctrico.
5. Frecuencia: Es el número de oscilaciones o ciclos que ocurren en un segundo. La unidad fundamental de la frecuencia es el Hertz (Hz) y corresponde a un ciclo por segundo.
6. Transistor: Un transistor es un componente que tiene básicamente dos funciones: deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una pequeña señal de mando y funciona como un elemento amplificador de señales. Consta de tres cristales semiconductores (usualmXZSente de silicio) unidos entre sí. La capa de en medio es mucho más estrecha que las otras dos.
7. Transformador Eléctrico: Dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética sin variar la frecuencia de la señal. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético.
8. Bobina o inductor: La bobina es un elemento muy interesante. A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético.

Hipótesis

• Solución a lo que es la problemática de conexión por cable.
• A mayor escala se utilice, más difícil será su implementación.
• Será necesario modificar la torre de Tesla para tener energía eléctrica dependiendo el dispositivo.

Metodología

Observación cualitativa: a través de la práctica de la bobina a realizar.

Documentos cualitativos: Consultando documentos públicos (periódicos, artículos, reportes oficiales) o documentos privados.[pic 1]

• Materiales de practica:

• Broche para batería de 9 V
• Base de acrílico
• Esfera de unicel
• Tubo de PVC
• Placa de circuito
• Cable de color
• Alambre de cobre
• Lamina de aluminio
• Terminal de tornillo
• Transistor NPN BD139
• 6 tornillos y 6 tuercas

• Procedimiento de práctica:

• Ensamble de la tarjeta: Se fijan los componentes (broche, terminal de tornillo, resistencia, transistor y LED) a la tarjeta con soldadura. Asegurándose de colocarlos en la posición correspondiente (ver en imagen 1.1).
• A través del alambre de cobre se cubrió todo lo que es el tubo de PVC, teniendo en cuenta que no deben quedar huecos libres en cada vuelta, de esta forma la corriente eléctrica puede fluir de manera correcta. Cortamos el alambre dejando un extremo de 3 cm aproximadamente.
• Con la pinza de corte, se quitará un poco de esmalte en ambas puntas. (ver en imagen 1.2)
• Siguiendo con la esfera de unicel, la envolvemos con el aluminio y lo colocamos sobre el tubo de PVC, de manera que haga contacto con el alambre. Para evitar que la esfera se mueva, se utiliza el silicón para que se mantenga estática (ver en imagen 1.3).
• Se retira un poco del aislante de las puntas del cable de color, rodeando con dos vueltas al tubo de PVC. Luego se aflojan un poco los tornillos de la terminal, para que así se conecten los extremos del aislante, y después volver a apretar los tornillos. (ver en imagen 1.4)
• Se fija el extremo suelto del alambre a la tarjeta terminal “L2” (ver en imagen 1.5).
• Se monta todo a la base con los tornillos y las tuercas (ver en imagen 1.6).
• Conectar la batería.

El poder de la bobina de Tesla reside en un proceso llamado inducción electromagnética, es decir, un campo magnético cambiante crea un potencial eléctrico que obliga a la corriente a fluir. A la inversa, la corriente eléctrica que fluye genera un campo magnético. Cuando la electricidad fluye a través de una bobina de alambre enrollado, genera un campo magnético que llena el área alrededor de la bobina en un patrón particular, que se muestra con líneas abajo (ver en imagen 2).  De manera similar, si un campo magnético fluye a través del centro de un cable enrollado, se genera un voltaje en el cable, lo que hace que fluya una corriente eléctrica.

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