Explicador: ¿qué es una bobina Tesla?
Imagina a un hombre solitario, goteando sudor toda la noche en un laboratorio oscuro, iluminado solo por chispas crepitantes que saltan periódicamente de enormes máquinas y proyectan un brillo púrpura en su cara. Este era Nikola Tesla, el arquetipo del científico loco. Sus inventos llenan el mundo que nos rodea; son fundamentales para nuestra red eléctrica moderna. Son máquinas silenciosas, fiables e invisibles.
Quizás su invento más famoso es la bobina Tesla, un artilugio que produce hermosos arcos voladores de energía eléctrica. Fue inventado por Tesla en un intento de transmitir electricidad de forma inalámbrica.
Transformador en acción
Los principios detrás de la bobina Tesla son relativamente simples. Solo tenga en cuenta que la corriente eléctrica es el flujo de electrones, mientras que la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre dos lugares es lo que empuja esa corriente. La corriente es como el agua, y el voltaje es como una colina. Un voltaje grande es una colina empinada, por la que una corriente de electrones puede fluir rápidamente. Un voltaje pequeño es como una llanura casi plana con casi ningún flujo de agua.
La potencia de la bobina Tesla se encuentra en un proceso llamado inducción electromagnética. Aquí es donde un campo magnético cambiante crea un voltaje que obliga a la corriente a fluir. A su vez, la corriente eléctrica que fluye genera un campo magnético. Cuando la electricidad fluye a través de una bobina enrollada de alambre, genera un campo magnético que llena el área alrededor de la bobina en un patrón particular.
De manera similar, si un campo magnético fluye a través del centro de un cable en espiral, se genera un voltaje en el cable, lo que hace que fluya una corriente eléctrica.
El voltaje («colina») generado en una bobina de alambre por un campo magnético a través de su centro aumenta con el número de vueltas de alambre. Un campo magnético cambiante dentro de una bobina de 50 vueltas generará diez veces el voltaje de una bobina de solo cinco vueltas. (Sin embargo, en realidad, menos corriente puede fluir a través del mayor potencial, para conservar energía.)
Así es exactamente como funciona un transformador eléctrico de corriente alterna (CA) común, que se encuentra en todos los hogares. La corriente eléctrica constantemente fluctuante que fluye desde la red eléctrica se enrolla a través de una serie de giros alrededor de un anillo de hierro para generar un campo magnético. El hierro es magnéticamente permeable, por lo que el campo magnético está contenido casi en su totalidad en el hierro. El anillo guía el campo magnético (en verde a la derecha) alrededor y a través del centro de la bobina de alambre opuesta.
La relación de bobinas de un lado a otro determina el cambio de voltaje. Para pasar de un voltaje de pared doméstico de 120 V a, digamos, 20 V para usar en un adaptador de alimentación para computadora portátil, el lado de salida de la bobina tendrá seis veces menos vueltas para cortar el voltaje a una sexta parte de su nivel original.
Cómo rueda la bobina
Las bobinas Tesla hacen lo mismo, pero con un cambio de voltaje mucho más dramático. En primer lugar, emplean un transformador de núcleo de hierro de alto voltaje prefabricado para pasar de una corriente de pared de 120 V a aproximadamente 10,000 V. El cable con 10,000 voltios se envuelve en una bobina grande (primaria) con solo un puñado de vueltas. La bobina secundaria contiene miles de vueltas de alambre delgado. Esto aumenta el voltaje a entre 100,000 y 1,000,000 voltios. Este potencial es tan fuerte que el núcleo de hierro de un transformador normal no puede contenerlo. En cambio, solo hay aire entre las bobinas.
La bobina Tesla requiere una cosa más: un condensador para almacenar la carga y encenderla en una sola chispa enorme. El circuito de la bobina contiene un condensador y un pequeño orificio llamado espacio de chispa. Cuando se enciende la bobina, la electricidad fluye a través del circuito y llena el condensador con electrones, como una batería. Esta carga crea su propio potencial eléctrico en el circuito, que trata de cruzar la brecha de chispa. Esto solo puede suceder cuando se ha acumulado una gran cantidad de carga en el condensador.
Eventualmente se ha acumulado tanta carga que rompe la neutralidad eléctrica del aire en el medio de la brecha de chispa. El circuito se cierra durante un segundo fugaz y una gran cantidad de ráfagas de corriente sale del condensador y atraviesa las bobinas. Esto produce un campo magnético muy fuerte en la bobina primaria.
La bobina de alambre secundaria utiliza inducción electromagnética para convertir este campo magnético en un potencial eléctrico tan alto que puede romper fácilmente las moléculas de aire en sus extremos y empujar sus electrones en arcos salvajes, produciendo enormes chispas púrpuras. La cúpula en la parte superior del dispositivo actúa para hacer que la bobina secundaria de cables reciba energía más completamente de la primera bobina. Con algunos cálculos matemáticos cuidadosos, se puede maximizar la cantidad de energía eléctrica transferida.
Serpentinas azules voladoras de electrones fluyen fuera de la bobina y a través del aire caliente en busca de un lugar de aterrizaje conductor. Calientan el aire y lo rompen en un plasma de filamentos iónicos brillantes antes de disiparse en el aire o surgir en un conductor cercano.
Se genera un tremendo espectáculo de luces, así como un fuerte zumbido, un sonido crepitante, que se puede usar para reproducir música. La teatralidad eléctrica es tan impresionante que se sabía que Tesla usaba su dispositivo para asustar e hipnotizar a los visitantes de su laboratorio.