Bobina de Tesla

SUMÁRIO
Bobina de Tesla....................................................................................................................3
Funcionamento ....................................................................................................................4
Componentes .......................................................................................................................6
Bobina Secundária: ........................................................................................................6
Toróide: ..............................................................................................................................6
Bobina Primária: ..............................................................................................................6
Centelhador: .....................................................................................................................6
Transformador: ................................................................................................................6
Capacitor:...........................................................................................................................6
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BOBINA DE TESLA
A Bobina de Tesla é um transformador elevador de alta frequência 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 frequência
(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 frequência, 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;
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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.
F IGURA 1. C IRCUITO
BÁSICO DA
B OBINA
DE
T ESLA .
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
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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.
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COMPONENTES
B OBINA S ECUNDÁRIA :
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).
T ORÓIDE :
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.
B OBINA P RIMÁRIA :
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.
C ENTELHADOR :
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.
T RANSFORMADOR :
O transformador utilizado tem uma tensão de saída de 5KV, com uma
corrente de 30mA.
C APACITOR :
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
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dobro é 14140V) dada por
, onde Vp é a tensão de pico e Vef é a
tensão eficaz.
F IGURA 2. E SQUEMA
DA
B OBINA S ECUNDÁRIA
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