È in grado di generare fulmini del tutto simili a quelli di atmosferici, anche se ridotti. È un tipo di trasformatore con nucleo ad aria che consiste in due o anche tre circuiti elettrici accoppiati in risonanza. Tesla le usò per
condurre innovativi esperimenti sulla luce elettrica, fluorescenza, raggi X,
fenomeni di corrente alternata ad alta frequenza, elettroterapia, trasmissione di segnali elettrici e di energia elettrica senza fili.
Una particolarità di questa bobina è quella di riuscire ad accendere i tubi
fluorescenti senza che questi siano collegati ad alcun impianto elettrico: è
infatti sufficiente avvicinare il tubo alla bobina per vederlo accendersi.
I primi e i più recenti progetti includono una sorgente ad alta tensione, uno o
più condensatori ad alta tensione e uno spinterometro-> dispositivo utilizzato per generare scariche elettriche
nell'aria che funge da
"interruttore" per eccitare il circuito primario con impulsi
periodici di corrente ad alta frequenza. Circuiti contenenti bobine di Tesla
furono usati commercialmente nei trasmettitori radio per la telegrafia senza fili fino al 1920. Bobine di Tesla modificate sono ancora
oggi usate per lampade a scarica usate per l'illuminazione. Sebbene esistano
altri spinterometri, il progetto dell'originale spinterometro di Tesla è meno costoso, e facilmente realizzabile.
Le prime bobine
La prima descrizione che si ha di una bobina di Tesla
è un vaso di vetro, attorno a questo è avvolto, da 60 a 80 giri, un cavo
conduttore. All'interno s’inserisce un avvolgimento primario da otto a dieci
giri di cavo di sezione maggiore rispetto al primo, il tutto immerso in un recipiente
contenente olio isolante.
Bobine "disruptive"
Nella primavera del 1891, Tesla diede una dimostrazione con varie macchine
prima all'Istituto Americano degli Ingegneri Elettrici alla Columbia University. Basandosi
sugli studi di William Crookes (chimico e fisico
britannico), Tesla progettò e costruì una serie di bobine che producevano
correnti ad alte tensioni e frequenze. Queste prime bobine utilizzavano una
scarica disruptiva (scarica ad arco tra due conduttori quando la loro
differenza di potenziale supera un determinato valore) attraverso uno spinterometro.
Nel brevetto Sistema di
illuminazione elettrico, Tesla descrive questa prima bobina disruptiva.
Essa fu ideata per convertire ed erogare energia elettrica in forma adatta per
la produzione di certi nuovi fenomeni elettrici, che richiedevano correnti di
alta frequenza e tensione.
Funzionamento
Le cariche elettriche si accumulano
nel condensatore, costituito da due piastre conduttrici separata da uno strato
isolante, positive su una piastra e negative sull’altra: questa carica genera
un potenziale che può vincere la resistenza del volume d’aria compresa nello
spinterometro. Tutto ciò è molto rapido.
Nella bobina di Tesla l’energia
accumulata dal condensatore si scarica su poche spire di spesso filo elettrico,
il primario. La regolazione dello spinterometro, cioè della distanza fra gli
elettrodi, determina la velocità delle scariche.
L’energia elettrica che rimbalza
avanti e indietro tra il primario e il condensatore origina un’oscillazione di
tipo elastico. Questa energia così prodotta nel circuito primario è indotta
nella bobina del secondario che normalmente presenta fino a 500 (a volte di
più) spire di filo conduttore sottile.
Il secondario della bobina di Tesla
favorisce una particolare frequenza di oscillazione.
Se si pensa ad un bambino su di
un’altalena: la lunghezza della catena che sostiene il sedile determina la
velocità a cui l’altalena stessa può oscillare. L’altalena rappresenta quindi
il circuito secondario, mentre chi la spinge rappresenta il primario. Da ciò
si intuisce che se la sincronizzazione è
errata l’altalena non acquista velocità, al contrario se è esatta, le spinte a
fine corsa impartiranno grande velocità e l’altalena potrà oscillare fino ad
altezze elevate.
Tornando alla bobina di Tesla,
possiamo dire che: l’artificio è di portare il primario ad una condizione in
cui la sincronizzazione sarà tale che, ogni volta che si verifica l’eccitazione
tra il condensatore e la bobina, si rafforza l’oscillazione del secondario
esattamente all’istante preciso di fine oscillazione.
Rischi per la vita e precauzioni
Essendo il corpo umano un conduttore è facile prendere
la scossa, può carbonizzare i tessuti e ustionare anche in profondità il
tessuto osseo. Sintomi temporanei, come dolori e formicolii, però si possono
prolungare nel tempo. Comunque certi trasformatori possono essere usati per fornire
corrente alternata a una frequenza talmente alta che la profondità di pelle diviene
piccola abbastanza da essere considerata meno dannosa, questo giustifica alcuni
usi terapeutici.
Frequenze molto alte sono potenzialmente letali, può
produrre contrazioni muscolari diffuse ed arresto cardiaco.
Applicazioni
La bobina di Tesla è l’antenato del tubo catodico delle
vecchie tv e monitor di computer, nel sistema d'accensione.
La preparazione di strumenti di vetro sottovuoto mediante
una bobina di Tesla si può rilevare delle piccole falle nei condotti. Quando la
bobina è avvicinata al vetro, la scarica converge immediatamente sulle
discontinuità, permettendo di individuarle.
Popolarità
Chi costruisce bobine di Tesla come hobby è chiamato
"coiler". La più grande bobina di Tesla conica al mondo è mostrata al
Museo della Scienza in Hot Springs (Arkansas). Questa bobina produce 1,5 milioni di volt di
potenziale elettrico. Periodicamente in Hot Spring vi sono convegni di
costruttori di bobine frequentati da gente comune con le loro bobine di Tesla
fatte in casa, ed altre apparecchiature elettriche. Ovviamente ci sono misure
di sicurezza significative riguardo alla costruzione di bobine con operazioni
da hobbista.
Bobine di Tesla a bassa potenza sono usate anche
qualche volta come fonte di alta tensione per la fotografia. Le bobine sono
spesso utili come attrezzi istruttivi: alcuni studenti costruirono una bobina di
Tesla come progetto. Sta in piedi nella cantina di quella scuola. Per molti
anni una bobina era in mostra al St. Louis Science Center. Fu posta al primo
piano, in un angolo e piuttosto in alto, dietro una protezione. I visitatori
potevano farla funzionare, con alcune scariche, infilando una monetina in una
gettoniera a fianco.
Le bobine di Tesla possono essere usate anche per
creare musica. Nel tema di Super Mario Bros.
https://www.youtube.com/watch?v=eupc9Uz9YgU (33 secondi)
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