Template for Electronic Submission of Organic Letters

Estudo e Desenvolvimento de uma Bobina de Tesla Musical para o
Show de Física
C. Fim (1), G. Gozzi (1)
(1) Departamento de Física, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Rio Claro,
Instituto de Geociências e Ciências Exatas.
E-mail: [email protected]
Palavras Chave: Bobina de Tesla Musical, Eletromagnetismo, Ensino de Física, Show de Física.
Introdução
A Bobina de Tesla é um transformador de
ressonância elétrico capaz de produzir altas
tensões. Foi inventada pelo croata Nikola Tesla
(1856-1943), aproximadamente em 1890, e é capaz
de elevar tensões de uma maneira, teoricamente,
simples. É constituída de um circuito oscilador
primário, com um capacitor de alta tensão e um
indutor de alta tensão. Na medida em que a corrente
em alta tensão (entre 5 kV e 20 kV) e alta frequência
oscila no indutor primário da bobina de Tesla, o
campo eletromagnético resultante envolve a bobina
secundária e gera uma corrente elétrica em alta
frequência e alta tensão (de centenas de kV). Logo,
a bobina de Tesla produz descargas elétricas em
forma de raios no ar e acaba por emitir sons. Deste
modo, este trabalho apresenta uma maneira de
adaptar a bobina de Tesla para que seja possível
modular sua frequência e reproduzir músicas para
despertar o interesse e curiosidade do público alvo
do Show de Física.
Objetivos
O presente trabalho tem por objetivo modificar uma
bobina de Tesla comum que utiliza centelhadores,
transformando-a em uma bobina de estado sólido
musical. Com tal adaptação será possível a
produção de sinais elétricos modulados por funções
periódicas com frequência controlada, permitindo,
deste modo, que seja possível reproduzir músicas
ao mesmo tempo em que se produz os efeitos
visuais já conhecidos (raios). Este aparato será
utilizado em apresentações para alunos do ensino
fundamental e médio que visitam o projeto de
extensão universitária Show de Física.
Material e Métodos
O principal material utilizado foi uma bobina de
Tesla, construída com centelhadores, a qual foi
caracterizada para possibilitar a adaptação proposta.
Para a adaptação utiliza-se transistores IGBTs
modelo G4PC50UD e capacitores de alta tensão
para a produção do circuito comutador, o qual gera
os sinais alternados para excitação do circuito
primário. Este circuito deve ser controlado por um
XXVII Congresso de Iniciação Científica
microcontrolador MSP430 da empresa Texas
Instruments para produzir sinais alternados com
frequência correspondente às notas musicais.
Resultados e Discussão
Com a caracterização da bobina de Tesla obteve-se
que esta possui uma bobina primária com seis
espiras com 24 cm de diâmetro. A bobina
secundária apresenta 1050 espiras com diâmetro de
8,5 cm. Este conjunto de bobinas amplifica o sinal
de tensão em 22 vezes. Como fonte do circuito
primário utiliza-se um transformador Gás Neon,
fabricado pela Eletro Mecânica Linsa modelo 920152-23, que fornece 15 kV (30 mA). Para o
dimensionamento dos capacitores do circuito
comutador foi utilizado o software livre conhecido
como Wintesla (Versão 5.0). Com este foi
determinado as características do capacitor, o qual
deve suportar 15 kV no mínimo e ter capacitância de
0,7 µF. Dos componentes necessários para a
adaptação da bobina de Tesla já foram adquiridos
os transístores IGBT e o microcontrolador. Além
disso, os circuitos já foram elaborados. Na atual
fase de desenvolvimento do projeto está sendo
desenvolvida a programação do microcontrolador e
a aquisição dos capacitores.
Conclusões
Este projeto tem como proposta a adaptação de
uma bobina de Tesla de centelha para a construção
de uma bobina de Tesla de estado sólido
microcontrolada, uma bobina de Tesla musical. Até
o presente momento foi realizada uma revisão
bibliográfica sobre o assunto, visando o
dimensionamento dos componentes e a elaboração
dos circuitos necessários para a adaptação. O
dimensionamento dos novos componentes foi feito
com o software Wintesla 5.0. Além disso, a maior
parte dos componentes já foi adquirida e foi iniciada
a programação do microcontrolador.