Come Costruire una Bobina di Tesla

La bobina di Tesla è stata ideata e presentata nel 1891 dal famoso scienziato Nikola Tesla. Si tratta di un dispositivo creato per condurre esperimenti nell'ambito della produzione di scariche elettriche ad alto voltaggio. È costituita da un generatore, un condensatore, un trasformatore a bobina, ed è formato da più circuiti elettrici risonanti collocati in modo che il voltaggio abbia dei picchi di massima alternati tra le due componenti, e infine uno spinterometro o una coppia di elettrodi in cui passa la corrente, attraversando l'aria e formando una scintilla. Le bobine di Tesla vengono utilizzate in molti dispositivi, dagli acceleratori di particelle ai televisori o ai giocattoli, e si possono costruire con materiali acquistati appositamente per questo scopo o con elementi di recupero. Ecco come fare.

Progettare la Bobina di Tesla

  1. Valuta le dimensioni e dove verrà collocata la bobina prima di costruirla. La dimensione è limitata solo dal tuo budget; tuttavia, i piccoli fulmini generati dal dispositivo sviluppano calore ed espandono l'aria intorno a essi (sostanzialmente, proprio come i fulmini creano i tuoni). I loro campi elettrici possono anche danneggiare irrimediabilmente elettrodomestici e dispositivi elettrici in generale, quindi è probabilmente più saggio costruire e attivare la tua bobina di Tesla in un luogo relativamente isolato, come un garage o un capanno.
    • Per avere un'idea della lunghezza delle scariche che può raggiungere, o della corrente richiesta perché la bobina funzioni, dividi la lunghezza delle scariche, misurata in pollici (1 pollice = 2,54 cm), per 1,7 ed eleva il risultato al quadrato per ottenere la potenza in watt. Viceversa, per ottenere la lunghezza (in pollici) delle scariche, moltiplica la radice quadrata della potenza (in watt) per 1,7. Una bobina di Tesla che produce una scarica di 60 pollici (1,5 metri) richiederebbe una potenza di 1,246 watt per funzionare (una bobina di Tesla alimentata da un generatore da 1 kilowatt crea scariche lunghe almeno 54 pollici, o 1,37 metri).
  2. Impara la terminologia. Per progettare e costruire una bobina di Tesla è indispensabile avere dimestichezza con alcuni termini scientifici e alcune unità di misura. Devi conoscerli per capire come e perché funziona una bobina di Tesla. Ecco alcuni concetti che ti sarà utile sapere:
    • La capacità elettrica è l'attitudine di un corpo a immagazzinare una carica elettrica o la quantità di carica elettrica immagazzinata per un dato voltaggio. Un capacitore, più comunemente noto come condensatore, è un dispositivo che immagazzina l’energia. L'unità di misura della capacità elettrica è il farad (simbolo "F"). Il farad viene definito come 1 ampere * 1 secondo / 1 volt (o anche, equivalentemente, 1 coulomb / 1 volt). Comunemente si usano delle unità decimali del farad poiché si tratta di un’unità di misura molto grossa rispetto al valore delle capacità che si incontrano nella vita di tutti i giorni. È quindi normale trovare il microfarad (simbolo "μF"), che corrisponde a un milionesimo di farad, o il picofarad (simbolo "pF"), che corrisponde a un bilionesimo (10) di farad.
    • L'induttanza, o autoinduttanza, esprime la quantità di volt che circolano in un circuito in base alla quantità di corrente. (Le linee ad alta tensione trasportano un alto voltaggio ma poca corrente e hanno una alta induttanza.) L'unità di misura dell'induttanza è l'henry (simbolo "H"). Un henry è definito come 1 volt * 1 secondo / 1 ampere. In genere si utilizzano unità di misura più piccole, come il millihenry (simbolo "mH"), che corrisponde a un millesimo di henry, o il microhenry (simbolo "μH"), che corrisponde a un milionesimo di henry.
    • La frequenza di risonanza è la frequenza alla quale la resistenza al trasferimento di energia tocca un minimo. Per una bobina di Tesla, questo indica la condizione ottimale per il trasferimento dell'energia elettrica tra la bobina primaria e quella secondaria. L'unità di misura della frequenza è l'hertz (simbolo "Hz"), che è definito come 1 ciclo al secondo. In genere si utilizza, come unità di misura, il kilohertz (simbolo "kHz"), che corrisponde a 1000 hertz.
  3. Procurati i materiali necessari per la costruzione. Ti serviranno un generatore, un condensatore primario ad alta capacità, uno spinterometro o gli elementi per costruirlo, un induttore primario a bobina a bassa induttanza, un induttore secondario a bobina ad alta induttanza, un condensatore secondario a bassa capacità e qualcosa per smorzare o bloccare gli impulsi sonori ad alta frequenza che vengono generati dalla bobina di Tesla quando è in funzione. Per maggiori informazioni sui materiali, leggi la seconda sezione dell'articolo, "Costruire una Bobina di Tesla".
    • Il generatore/trasformatore trasmette energia al circuito primario che connette il condensatore primario, l'induttore a bobina primario e lo spinterometro. L'induttore a bobina primario va posizionato vicino (ma non a contatto) a quello secondario, che è connesso al condensatore secondario. Una volta che il condensatore secondario avrà immagazzinato una carica elettrica sufficiente, questa verrà rilasciata attraverso delle scariche elettriche.

Costruire una Bobina di Tesla

  1. Scegli il tuo trasformatore di alimentazione. La sua potenza determina la dimensione massima della tua bobina di Tesla. La maggior parte delle bobine di Tesla è alimentata da un trasformatore che eroga un voltaggio compreso tra i 5000 e i 15000 volt, a una corrente compresa tra i 30 e 100 milliampere. Puoi procurarti un trasformatore su Internet, in un negozio specializzato o riciclandolo da una lampada o insegna al neon.
  2. Monta il condensatore primario. Il modo migliore per costruirlo è quello di collegare più condensatori in serie, in modo che il voltaggio totale del circuito primario sia diviso equamente tra tutti i condensatori. Per raggiungere la massima efficienza, è necessario che ogni singolo condensatore abbia una capacità uguale a quella degli altri condensatori della serie. Questo tipo di condensatore viene anche chiamato MMC (dall'inglese "Multi-Mini-Capacitor").
    • I condensatori più piccoli (e le loro resistenze di dispersione associate) si possono acquistare su Internet o in alcuni negozi di elettronica; in alternativa, puoi smontare dei vecchi televisori e recuperare i condensatori ceramici presenti in essi. È anche possibile costruirli con dei fogli di polietilene e fogli di alluminio.
    • Per massimizzare la potenza in uscita, il condensatore primario dovrebbe essere in grado di raggiungere la sua capacità massima ogni semiciclo della frequenza di alimentazione. Ad esempio, se si ha un'alimentazione a 60 Hz, il condensatore dovrebbe raggiungere il massimo 120 volte al secondo.
  3. Decidi come realizzare lo spinterometro. Se prevedi di usarne uno singolo, ti serviranno delle viti spesse almeno 6 mm perché il dispositivo resista al calore generato dalle scariche di elettricità che si formano tra i terminali. Puoi anche collegare più spinterometri in serie, usare uno spinterometro rotativo o raffreddare il sistema con aria compressa per tenere sotto controllo la temperatura (a questo proposito, è possibile usare un aspirapolvere opportunamente modificato per soffiare l'aria).
  4. Costruisci l'induttore a bobina primario. La bobina in sé è fatta di filo metallico, ma ti servirà un supporto per avvolgerlo a spirale. Il filo dovrebbe essere in rame smaltato, che puoi acquistare in una ferramenta, nei negozi di fai da te o riciclando il cavo di alimentazione di un vecchio elettrodomestico di scarto. L'oggetto su cui avvolgere il cavo può essere cilindrico, come un tubo di plastica o di cartone, o conico, come un vecchio paralume.
    • La lunghezza del cavo determina l'induttanza della bobina primaria. Questa deve avere una bassa induttanza, quindi è consigliabile fare relativamente pochi avvolgimenti in fase di costruzione. Invece che utilizzare un filo continuo, puoi usare dei pezzi di filo più corti e connetterli in base alle esigenze per variare comodamente il valore dell'induttanza.
  5. Collega il condensatore primario con lo spinterometro e l'induttore a bobina primario. In questo modo ottieni il circuito primario.
  6. Costruisci l'induttore a bobina secondario. Come per la bobina primaria, avvolgi il filo intorno a un oggetto cilindrico. Affinché la bobina di Tesla funzioni in modo efficiente, la bobina secondaria deve avere la stessa frequenza di risonanza di quella primaria; tuttavia, la bobina secondaria deve essere più lunga della primaria, sia perché deve avere un'induttanza più grande, sia perché così si evita che ci siano scariche elettriche che partono dal circuito secondario e colpiscono quello primario, danneggiandolo.
    • Se non hai il materiale necessario per costruire una bobina secondaria sufficientemente lunga, puoi ovviare al problema costruendo una piccola ringhiera che funga da parafulmine (questo, però, significa che buona parte delle scariche della bobina di Tesla colpiranno il parafulmine, invece che danzare nell'aria).
  7. Costruisci il condensatore secondario. Il condensatore secondario, o terminale di scarico, può avere una qualsiasi forma tondeggiante: le 2 forme più comuni sono il toro (a forma di anello o ciambella) e la sfera.
  8. Collega il condensatore secondario all'induttore a bobina secondario. In questo modo ottieni il circuito secondario.
    • La messa a terra del circuito secondario andrebbe separata dalla messa a terra dei circuiti della rete elettrica della tua casa che forniscono corrente al trasformatore, per evitare che la corrente elettrica che passa dalla bobina di Tesla al terreno si propaghi nei circuiti e danneggi i dispositivi che possono essere collegati alle prese. Puoi mettere a terra il circuito usando un picchetto metallico piantato nel terreno per evitare possibili danni.
  9. Costruisci le bobine di arresto dell'impulso. Sono costituite da piccoli, semplici induttori che evitano che gli impulsi generati dallo spinterometro danneggino il trasformatore. Puoi costruirne una avvolgendo del filo di rame sottile attorno a un tubicino stretto, come quello di una comune penna biro.
  10. Assembla i componenti. Posiziona il circuito primario vicino a quello secondario, quindi collega il trasformatore di alimentazione al circuito primario attraverso le bobine d'arresto. Una volta che il trasformatore è collegato alla rete elettrica, la tua bobina di Tesla è pronta per l'uso.
    • Se la bobina primaria ha un diametro sufficientemente largo, puoi inserire la bobina secondaria all'interno della primaria.

Consigli

  • Per controllare la direzione delle scariche rilasciate dal condensatore secondario, posiziona degli oggetti metallici vicino a esso (ma non a contatto). La scarica formerà un arco tra il condensatore e l'oggetto. Se l'oggetto contiene un circuito in cui è inserito un dispositivo capace di emettere luce, come una lampadina a incandescenza o una lampada fluorescente, l'elettricità generata dalla bobina di Tesla potrà alimentarlo e quindi accenderlo.
  • Progettare e costruire una bobina di Tesla efficiente richiede una certa dimestichezza con i concetti dell'elettromagnetismo e con equazioni matematiche abbastanza complesse. Puoi trovare queste equazioni, insieme a molti strumenti di calcolo delle grandezze coinvolte, all'indirizzo http://deepfriedneon.com/tesla_frame6.html (in lingua inglese).

Avvertenze

  • I trasformatori per le insegne al neon, come quelle di recente produzione, hanno un interruttore differenziale per cui non possono essere attivati con la bobina.
  • Non è semplice costruire una bobina di Tesla, a meno che tu non possegga già alcune conoscenze di ingegneria o elettronica.

Cose che ti Serviranno

  • Trasformatore di alimentazione (trasformatore di lampada al neon o da palo di trasmissione della corrente a bassa o media tensione)
  • Condensatori ceramici
  • Viti metalliche
  • Ventola o soffiatore (opzionale)
  • Filo di rame smaltato
  • Oggetti di forma conica o cilindrica
  • Toro o sfera metallica
  • Picchetti o chiodi per la messa a terra
  • Induttore
  • Bobine d'arresto
  • Tubi o cavi metallici per il parafulmine (opzionale)
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