bobina de tesla

[email protected] – Thiago Guimarães

A Bobina de Tesla é um transformador ressonante com núcleo de ar, sendo assim, pode-se alcançar tensões muito altas em alta freqüência com certa facilidade. O sistema está composto por dois circuitos básicos: o circuito primário e o circuito secundário. O primário está composto por: o transformador T1, o centelhador SG, o capacitor primário C1 e bobina primária L1. O secundário é composto por: bobina secundária L2, terminal secundário CT e da conexão à terra Material Base do aparelho: placa de madeira de (100 x 100 x 2) cm (ou maior), não é necessário o uso de pés ou rodas, mas a utilização destes facilita a locomoção do sistema.

Bobina secundária: tubo de PVC diâmetro 4 polegadas (comercial, branco) com 1,0 m podendo variar de comprimento, 2 tampões para os tubos ; 500 g de fio #24 ou #26 esmaltado ou dupla capa de algodão (fio magnético), verniz poliuretano, parafusos de nylon ou normais.

Bobina primária: 8 varetas de plástico (madeira, fibra de carbono ou qualquer outro material que não seja condutor) a largura não é tão crítica, mas não se deve passar dos 3 cm, e 7,5 cm de comprimento, 2 discos plásticos( ou madeira, no caso de discos plásticos pode-se retirar do fundo de vasilhas de plástico compradas no “1,99”) com 20 cm de diâmetro e 3 mm(pode variar de espessura), 3 varetas de plástico ou de madeira de diâmetro 12 mm e comprimento de 7,5 cm, 20m de fio de cobre encapado com plástico, número 12 ou 14(usados


para fiação elétrica de casas); pode-se usar cano de PVC mais grosso que o cano de 4 polegadas no lugar do suporte.

Capacitor: 1 placa de vidro plano de (45 x 45) cm( para um capacitor apenas) comum, 2 folhas de alumínio autocolantes (tipo “contact”) de (38 x 38) cm(ou papel alumínio usados em assados), comprar rolo de (45cmx7,5m) e cortar no mínimo (38x38)cm, para sustentar o vidro utilize 4 isoladores cerâmicos.

Centelhador: uma placa de madeira de mais ou menos (20x15x3) cm, 6 canos de cobre de 9mm com uma polegada de diâmetro, com 10 cm de comprimento, uma placa de acrílico mais ou menos do tamanho da madeira utilizada e 8 parafusos.

Terminal superior: uma antena de TV em “V” ou uma bola de isopor revestida de papel alumínio ou uma forma de pizza etc.

Tensão de entrada: transformador para néon (primário 110VAC, 60 hz - secundário 8 a 12 kV, 20 a 30 mA), fio de cobre # 14 encapado com plástico, cordão de força para o primário, fio de cobre para o aterramento do transformador pode ser 14 awg .

Montagem

A bobina de Tesla consta de 6 partes: a base de fixação, a bobina secundária L2, a bobina primária L1, o transformador Tr, o capacitor C e o centelhador SG.

A base do aparelho: Após devidamente lixada, uma demão de verniz selador deve ser aplicada ou verniz


para madeira. Essa base pode ser dotada de 4 rodas , uma em cada canto, para facilitar sua movimentação.

A bobina L2: centro de uma das extremidades desse quadrado da base, monta-se a bobina L2. O enrolamento é feito sobre um tubo de PVC de 4 polegadas de diâmetro (medida comercial do PVC branco ) e 1 metro de comprimento. Apresentará o seguinte aspecto:

O enrolamento é feito com fio de cobre esmaltado #24 ou #26, de preferência com dupla capa de algodão, com espiras juntas, durante toda a extensão entre 80 a 86


cm ao longo do tubo. Se usar o fio de #26 a extensão de 85 cm apresentará por volta de 2000 espiras. Deve haver espaço entre esse enrolamento e as tampas do tubo.

1° Os canos de paredes finas são mais recomendados que os de paredes grossas. Lixar esse tubo com lixa fina até retirar as irregularidades e especificações do fabricante.

2° Envernize com verniz celante, aguardando a devida secagem entre as demãos.

3° Enrole o fio de forma que as espiras fiquem bem juntas, e não deixe “encavalar” de forma alguma.

4° Após o enrolamento aplique novas demãos de verniz.

5° Parafuse uma tampa na base e encaixe o cano nela, depois de fixada na base, encaixe a outra tampa, na extremidade superior é lógico.

NÃO FURE O CANO DE PVC

Para fixar o terminal de terra da bobina L2, lixe uma área relativamente pequena na extremidade inferior do cano de PVC, utilize um retângulo de alumínio, lixada e sem ponta nas bordas, dobre-as várias vezes a extremidade inferior do fio da bobina L2, fixe nela um pedaço de fio numero 12. Ponha a o retângulo de alumínio por cima e prenda com fita.

O terminal superior CT pode ser uma antena de TV em forma de “V”, ou pode também ser esférico, toroidal. Esse Terminal superior possui muita influência no desempenho da bobina de Tesla; o formato mais utilizado é o toroidal,


embora seja mais fácil encontrar a freqüência certa utilizando uma antena telescópica de TV em forma de “V”.

A bobina L2 ficará de seguinte forma:

Breve explicação:

Capacitância entre espiras. Capacitância originada pela superfície lateral do bobinado. (isotrópica) Capacitância originada pelo terminal secundário. (isotrópica)

Como as espiras encontram-se separadas entre si por algum dielétrico (esmalte, ar, etc.), surge certa


capacitância (distribuída) ao longo da bobina. Se as espiras encontram-se muito juntas, então temos uma superfície condutora lateral de forma que acaba funcionando como uma das armaduras de um capacitor; a outra é o plano terra: uma armadura infinitamente afastada da primeira.

A bobina L1: 1° essa bobina L1 é fixada ao redor da bobina L2.

O Suporte para o enrolamento, é feito com dois anéis de madeira ou acrílico com diâmetros que estão na figura.

Próximo às bordas externas dos anéis de madeira são feitos 8 furos , como se ilustra. E próximo à borda interna do anel inferior são feitos 3 furos para passar as varetas que servirão para fixar o suporte na base.

As varetas podem ser coladas ou fixadas de modo que elas não se desprendam.


O enrolamento apresenta um total de 20 espiras de fio de cobre numero 14, com capa plástica.

Com 20 espiras em L1 dificilmente precisará de mais espiras, quase sempre esse número irá diminuir. Deixe livre a extremidade desse enrolamento, em comprimento suficiente, para chegarem até o centelhador e capacitor, utilize garras jacaré na ponta que sai para o centelhador.

(obs.: consegui acertar a freqüência por volta das 13 espiras, com apenas um capacitor e como usei uma antena de terminal superior, ela ficou totalmente retraída).

Comece com 20 espiras, teste, desligue, passe para 19 espiras, teste e desligue, e assim por diante. Quando obtiver o melhor número de espiras, fixe-o definitivamente. Para facilitar pode-se fazer “taps” na bobina L1, é só fazer umas orelhas nas espiras, ex: faça 6 espiras mais ou menos e faça uma tap, depois pule três espiras e faça outro tap, é só torcer o fio com um alicate..


(obs.: depois de acertada a freqüência é necessário que divida o numero de espiras pela raiz do numero de capacitores, exemplo: supondo que já se tenha acertado a freqüência com 1 (um) capacitor utilizando 13 espiras no L1. Caso queira aumentar para 2 capacitores mantendo a freqüência, é só dividir 13(números de espiras) por raiz de 2(número de capacitores).

2° (segunda opção) Bobina primária plana

Raio interno: 7,5 cm. Raio externo: 12,5cm Costure o fio de cobre na placa de acrílico circular, de preferência usando fio de silicone. Com 14,7 voltas de fio #18 consegue-se por volta de 58,7 µH

Breve explicação: a bobina primária é uma bobina diferente da secundária, a qual atua como capacitor. A


bobina primária possui pouca resistência a corrente elétrica. L1 e C1 formam o oscilador primário, que sozinho oscila em por volta de 170 Khz. L2 com as capacitâncias distribuídas, C2 também oscila nessa freqüência. Quando os dois circuitos estão acoplados pelo campo magnético, as oscilações no circuito L1-C1, em alta corrente e baixa tensão (são 12000 V) são transferidas ao circuito L2-C2, onde aparecem com alta tensão (mais de 100000 V) e baixa corrente..

O centelhador: 1° múltiplo: é formado por 6 canos de cobre ou latão(as medidas estão na lista de materiais) montados(parafusados) em cima de uma placa de acrílico que é fixada em cima de uma placa de madeira envernizada, essa placa de madeira por sua vez, é fixada na base geral do aparelho utilizando isoladores, cerâmicos ou de nylon. Fure os canos de cobre e a base de madeira e acrílico, parafuse os canos de modo de que não se encostem, tentando manter sempre a mesma distância, as distância somadas devem dar perto de 1 cm.

Obs.: o centelhador múltiplo só tem os canos das extremidades ligados ao circuito. Não permita encostar um cano no outro.

No desenho usei uma folha de cobre saindo das extremidades do centelhador, mas podem-se ligar os fios diretos nos canos das extremidades.


2° (Segunda opção) Os centelhadores podem ser feitos, também, utilizando parafusos de maquina (bem grossos). Centelhadores prontos, usados para cercas elétricas de pastagens também podem ser usados. Prenda a porca do parafuso a um suporte (pode ser madeira), assim fica mais fácil acertar a distância entre os dois terminais, comece com uma distância de 2 cm entre os centelhadores. Obs.: Com esses centelhadores corre-se o risco de haver coronas no capacitor, essas coronas fazem um estralo muito irritante e auto e fecham o circuito.

Centelhador com parafusos

Breve explicação: Os Centelhadores são dispositivos que permitem a passagem de correntes intensas, para isto ioniza o espaço entre os eletrodos. Desta forma se estabelece um canal de descarga entre eles permitindo a passagem da descarga principal.

O capacitor C: 1° para um capacitor, basta uma placa de vidro plano de (45 x 45) cm, 2 folhas de alumínio de (38 x 38) cm (se preferir pode fazer uma moldura tipo porta retratos).


As folhas de alumínio devem ser fixadas com cola de contato (cola de sapateiro) são coladas em ambas as faces do vidro, devem ser bem centralizadas. Uma lamina de alumínio, em cada lado do vidro. Fixe o fio por cima do papel alumínio com fita isolante (mas ela tem que ser boa para não derreter), um fio de cada lado. A tensão necessária para furar o vidro (tensão ruptura) é muito elevada, mas se o vidro esquentar de mais em um ponto, geralmente onde está a ponta do fio, ele fura e o capacitor fica inutilizado. A capacitância desse capacitor fica ao redor dos 0,27µF. Se for necessário isolar o capacitor (feito com vidro) existem duas formas que são boas: 1° vide final da página.

2° material: óleo mineral encontre um recipiente com medidas parecidas a do capacitor ( para não utilizar óleo além do necessário). Coloque os capacitores e depois o óleo até que todos os capacitores tenham sido cobertos.

O valor da capacidade C em picofarads é igual a:

C [pF] = k . E0 . A / d


Onde: k = valor da constante dielétrica

E0=permissividade do vácuo = 0.0889 pF/cm A = área da armadura do capacitor em cm2 d = espessura do dielétrico em cm

2° (segunda opção) Pode-se usar capacitores pré-fabricados, em série. Para ter um ótimo resultado, use 55 capacitores, mais ou menos de 12 nF (ou de valor maior) e que agüentem tensões acima da do transformador utilizado. Coloque-os em 5 séries em paralelo , fixe-os em uma placa de acrílico

Para cada grupo de 5 capacitores, use 6 resistores de 10 ohm, para evitar acumulo irregular de carga. Após ponha o capacitor dentro de um de PVC , faço dois duros , um perto de cada extremidade de cada lado do cano para passa os dois fios do capacitor( os fios amarelo na foto acima).


3° (terceira opção) Também se pode utilizar capacitores feitos de garrafas de vidro com papel alumínio colado por fora e uma solução de água e sal no interior do recipiente. Breve explicação: O capacitor primário armazena certa quantidade de eletricidade a qual é descarregada na bobina primária no momento do disparo do centelhador. A carga do capacitor primário provém do secundário do transformador, que se encontra sob uma tensão elevada, 5 e 12 kv. Esta carga será aplicada à bobina primária em um tempo muito pequeno e da mesma forma a carga deverá ser fornecida num intervalo também muito pequeno.

Terminal secundário: O terminal secundário (CT) é muito simples, podendo ser uma antena de TV em “V”, formas de pizza, bolas de isopor encapadas com papel alumio, etc. Evite descontinuidade na superfície de qualquer terminal secundário que for utilizar. Fixe o terminal no topo da bobina secundária, pode furar a TAMPA, nunca fure o cano. Como disse, o terminal (CT) sendo uma antena de TV em forma de “V” fica mais fácil para acertar a sintonia. Ligue o fio da bobina secundária direto nos dois ferros da antena.


Antena Esfera

Breve explicação: O terminal secundário é extremamente importante, pois nele acumula-se a carga desenvolvida pela bobina de Tesla, sendo assim ele também é um capacitor. A “Corona” acontece quando o campo elétrico na superfície de um condutor é alto o bastante para ionizar o ar (um campo de 30 kV/cm). O ar ionizado conduz eletricidade, e a área de campo elétrico intenso vai se movendo adiante, alongando a área ionizada. Se a região ionizada chega perto de outro condutor, a um potencial bem diferente (como o da terra), as cargas armazenadas no terminal de onde a corona começou avançam rapidamente através do canal ionizado, formando uma faísca. A bobina de Tesla faz “faíscas para o ar”, por que a polaridade do terminal muda rapidamente, na freqüência de ressonância do sistema, fazendo a corrente ir e voltar rapidamente através do canal ionizado, aquecendo-o intensamente.

O valor da capacitância de um terminal secundário de forma ESFÉRICA:

CT [pF] = 0.556 x Diam [cm]área de um toróide de diâmetro exterior D e diâmetro da seção d , a capacitância isotrópica do toróide vale:


C [pF] = k. ( 1.2781 – [d / D] ) .¶( πd .[D-d] )

Se os diâmetros estiverem em polegadas [inches] então a constante k = 1.4142 e se estiverem expressos em centímetros então k = 0.556

Esquema do Circuito secundário com a bobina primária (L1) já fixada

Representação com terminal superior toroidal.

Transformador: o transformador Tr é de custo relativamente elevado. Ele é utilizado para anúncio luminoso a gás néon. Ele recebe no primário os 110 volts da rede elétrica e fornece no secundário uma alta tensão de valores que vão desde os 6 kilovolts aos 12 kilovolts, com correntes de 10 a 30 miliampères. É conhecido como transformador para tubos luminosos.


Apresenta externamente (na sua tampa ou nas laterais) dois isoladores de porcelana bem separados que são os terminais de alta tensão. Outros dois terminais, mais próximos da base, são para a rede elétrica domiciliar.

Circuito

Funcionamento

A energia que se acumula em um capacitor depende da: capacidade do mesmo e o quadrado da tensão de carga

([E]=Joule [C]=Farad [V]=Volt), sendo assim:

E = 0.5 C V 2

O valor máximo da capacidade do capacitor primário está determinado pela impedância de saída do


transformador à freqüência de linha (50 ou 60 Hz). O capacitor primário é carregado 2 vezes durante cada ciclo a uma tensão de 12 kV. A freqüência da onda que carrega o capacitor é a freqüência de linha (50-60 Hz) e que não possui relação direta com a freqüência de ressonância do sistema.

O capacitor é carregado pelo secundário do transformador através da bobina primária que possui uma indutância muito pequena. Como o valor da freqüência de linha é muito baixo torna a resistência da bobina primária à passagem da corrente de carga é também muito pequena.

Quando a tensão instantânea entre os terminais do centelhador atinge o valor necessário para conduzir, o ar é ionizado e o arco se estabelece agora a carga acumulada no capacitor flui para a bobina primária. Principalmente a resistência dinâmica do centelhador faz com que se produza ondas amortecidas no circuito ressonante primário. O campo elétrico do capacitor transforma-se em magnético na bobina primária. O campo na bobina primária induz uma voltagem na bobina secundária, a qual joga para o terminal superior que na verdade atua como um capacitor. A carga que chega ao terminal superior é descarregada na forma de corona no ar que o faz ionizar.

Cuidados Tome muito cuidado com a bobina de Tesla, antes de qualquer ajuste desligue-a da TOMADA, tome mais


cuidado ainda com o transformador de néon, pois esse pode causar parada cardíaca.

Tenha o mais absoluto cuidado com o transformador de néon; ele fornece 12 000 VAC a 30 mA e pode ser mortal em algumas condições. SEMPRE DESLIGUE DA TOMADA antes de fazer qualquer ajuste.

Embora se consiga algumas centenas de Kilovolts com a bobina de Tesla, sua intensidade de corrente não passa de alguns miliampères. MAS em contato com a pele pode causar queimaduras internas e externas, fora isso o choque é quase imperceptível.

DICAS PARA PROVAR O APARELHO

Colocando uma peça metálica numa haste de madeira pode-se aproxima-la do terminal secundário, aonde irá se estabelecer um arco elétrico entre o terminal CT e a peça devido à diferença de potencial.

Lâmpadas fluorescentes queimadas podem ser acesas a um metro e meio da bobina. Não deixe faiscar para lâmpada, pois corre o risco de choque elétrico, é só deixa-las a certa distancia da bobina, segure sempre pelo meio da lâmpada.

Amarre uma lâmpada incandescente na ponta de uma haste de madeira e aproxime do terminal CT a uma distancia onde ocorra o arco, a lâmpada ficará com aspectos de um globo de plasma.

Extras


Com a bobina de Tesla descrita pode-se conseguir 100Kv.

Com dois capacitores em paralelo a bobina pode produzir 150 Kilovolts e com três capacitores, 200 Kilovolts.

Os capacitores extras que podem ser associado em paralelo com C, para unidades mais potentes, podem ser montados em uma estrutura única (capacitores de múltiplas camadas) onde se utilizam várias placas de vidros para serem intercaladas entre as folhas metálicas associadas.

É melhor utilizar “abas” de papel alumínio, como na figura, para ligar os fios, pois sem as abas o fio pode levantar a placa, sendo assim acontece à entrada de ar entre os capacitores, com isso o ar se ioniza e acontecem perdas no capacitor. A tensão de saída pode ser estimada fazendo-se saltar uma faísca do eletrodo de alta tensão (esfera do topo de L2) para um objeto metálico preso a um longo cabo de madeira (um alicate de pressão preso à ponta de um


cabo de vassoura, por exemplo). Aumente lentamente a distância desse objeto ao terminal de descarga até que o arco desapareça. Um arco de 15 cm representa 100 000 volts; um arco de 35 cm, cerca de 200 000 volts e um arco de 50 cm corresponde a mais ou menos 300 000 volts.

Neste caso (capacitores em paralelo) a fórmula passa a ser: C [pF] = k . E0 . A / [d . (n - 1) ]

onde: k = valor da constante dielétrica

E0 = permissividade do vácuo = 0.0889 pF/cm A = área da armadura do capacitor em cm2 d = espessura do dielétrico em cm n = número total de armaduras

OBS: A antena de TV como terminal superior (CT) facilita um juste “fino” de freqüência, é necessário que o circuito primário(Tr,L1,C1,SG) esteja na mesma freqüência do circuito secundário(L2 e CT).

[Em relação à freqüência da minha bobina: 81.5 cm de fio 26 dão cerca 1800 espiras. Com 5.2 cm de raio (meu toróide inicial era uma forma de pizza de alumínio), L2 tinha 40 mH de indutância. Com as dimensões de L2 e do terminal, C2 dava por volta de 21 pF. O secundário então ressona em 173 kHz. Um capacitor daqueles de vidro com alumínio tem cerca


de 4600 pF. Então é fazer L1 x C1 = L2 x C2: Com 1 capacitor: L1 = 183 µH, 13 espiras ( antena retraída completamente, ou 24 espiras com se usar um toróide ). Com 2 capacitores: L1 = 92 µH, 9,2 espiras ( ajustar na altura da antena, ou 17 espiras com se usar um toróide). Com 3 capacitores: L1 = 61 µH, 7,5 espiras ( ajustar na altura da antena, ou 14 espiras com se usar um toróide O valor de C1 = 4600 pF pode estar bem errado, já que deduzi a constante dielétrica do vidro sendo 7. Assuma que a forma de L1 não muda, com as espiras uniformemente espaçadas.]

Link para os cálculos da bobina de tesla

http://www.classictesla.com/java/javammc/javammc.html

Por: Thiago Guimarães

E-mail: [email protected]

Isolamento do capacitor com parafina e enxofre:


A IDÉIA É ISOLAR O PONTO DE FOLGA DO CAPACITOR, QUE NO CASO É O PONTO ENTRE AS FOLHAS DE VIDRO. É FUNDAMENTAL QUE NÃO HAJA AR ENTRE AS FOLHAS METÁLICAS DO CAPACITOR. SENDO ASSIM VOCÊ PODERIA UNTAR ENTRE PLACAS COM ÓLEO MINERAL, SEM EXAGERO, COM UM ALGODÃO, UNTE BEM POUCO SOMENTE O NECESSÁRIO PARA CRIAR UM FILME DE ÓLEO, E APÓS COLOCAR A CHAPA, ELIMINAR O ÁR ENTRE ELAS. EVITE SUJAR O TOPO DAS CHAPAS COM ÓLEO, POIS O ENXOFRE DEVERÁ OCUPAR ESSA REGIÃO, LIMPE BEM. DERRETA UMA QUANTIDADE RAZOÁVEL DE ENXOFRE E PARAFINA, EVITE O EXCESSO DE

Folha Metálica

Enxofre

Capacitor

Caixa de Madeira

Terminais


PARAFINA, POIS O ENXOFRE SE FUNDE A 115°C, E ELE DEVERÁ SE DEPOSITAR NO FUNDO DA VASILHA, SENDO ASSIM MANTENHA MAIS ENXOFRE QUE PARAFINA QUE SERVE APENAS COMO AGENTE LIGANTE. CENTRALIZE O SEU CAPACITOR NO FUNDA DA CAIXA, QUE ACONSELHO A NÃO USAR PREGOS, COLE SE POSSÍVEL, SE NÃO HOUVER JEITO PREGUE, COM PREGOS SEM CABEÇA, DERRAME A SOLUÇÃO, (CUIDADO, O ENXOFRE É INFLAMÁVEL), BEM AQUECIDA EM TODA A VOLTA DA CAIXA ATÉ O NÍVEL DOS CAPACITORES, COMO A PARAFINA SE SOLIDIFICA RAPIDAMENTE, FAÇA ISSO EM UMA ÚNICA ETAPA, SE HOUVER EXECESSO, DEPOIS DE DURO ELIMINE, COM UMA ESPÁTULA. O CONJUNTO VAI FICAR RÍGIDO, COLOQUE A TAMPA SUPERIOR, TOMANDO O CUIDADO PARA QUE NÃO FORCE, POIS BATIDAS PODEM QUEBRAR A CHAPA DE VIDRO DO CAPACITOR, EXPERIMENTE COLA DE MADEIRA, COLA DE CONTATO (COLA DE SAPADEIRO), OU MELHOR, PARAFUSE. OS TERMINAIS DOS CAPACITORES PODEM SER AQUELES TERMINAIS COM PARAFUSO E PORCAS, COM CONECTOR TIPO FORQUILHA.


DEIXE UM ESPAÇO DE PELO MENOS 1 cm OU MAIS ENTRE A CAIXA E O CAP. QUANTO MAIS ENXÔFRE MELHOR, E LEMBRE-SE É O ENXOFRE QUE DEVE ISOLAR E NÃO A PARAFINA, PORTANTE SATURE O MÁXIMO POSSÍVEL A SOLUÇÃO.

Idéia do isolamento: Wagner Calixto

Indução

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