Bobina de Tesla: Funcionamento e Medição

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE 
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA NATUREZA   
CURSO DE LICENCIATURA PLENA EM FÍSICA 
Roteiro 
Professor 
Disciplina: LABORATÓRIO DE FÍSICA III 
Aluno 
Igor Pereira da Silva 
  Nota   
Data    Horário   
 
Bobina de Tesla 
 
Objetivo Geral 
Fazer medições para obter especificações experimentais e compará-los com 
especificações teóricas da bobina de Tesla. 
 
 
Introdução Teórica 
A Bobina de Tesla é um ​transformador ressonante capaz de gerar altas tensões, inventado por                               
Nikola Tesla por volta de 1890. A bobina é formada por um transformador, um ​capacitor​, dois                               
indutores e o centelhador. A bobina se divide em duas partes, a parte primária que é formada pela                                   
fonte de tensão , o capacitor , o indutor e o centelhador. A parte secundaria é formada      T p       Cp       Lp                  
basicamente por um indutor secundário (observar a fig 1.0). A frequência de operação do         Ls                     
transformador é igual a 60Hz (determinada pela rede elétrica), que é inferior a frequência de                             
oscilação do circuito primário , que oscila a uma frequência de aproximadamente 175kHz. ​O        CLp p                    
diagrama a seguir mostra o circuito elétrico completo da bobina de Tesla: 
 
fig 1.0 
Isso significa que o tempo de carga do capacitor é maior que o tempo característico de oscilação da 
corrente entre​   e  , em virtude disso a energia acumulada pelo capacitor (posteriormenteLp Cp  
transferido ao circuito secundário) não será máxima. Porém, com a introdução do centelhador 
somente haverá descarga através do indutor primario, e consequentemente a oscilação das cargas 
no circuito, quando a rigidez dieletrica do ar for alcançada, fazendo com que a energia do circuito seja 
maximizada. 
O fluxo do campo magnético em   é dado porLp  
   .n.dAΦ = ∫
 
 
B  
A f.e.m produzida em um indutor, pela lei de Faraday, é dada pela variação do fluxo magnético: 
(t) .n.dAε = 1dt ∫
 
 
B  
(t)  ε =   − dt
dΦ  
Uma maneira simplificada de fazer uma relação entre as bobinas primaria e secundária é utilizar a 
definição de coeficiente de indutância mútua (M = ​Henry​), sendo ​i ​a corrente e N o número de 
espiras, temos que: 
.i .ΦM = N  
Onde os coeficientes M, i e , são grandezas relacionadas a cada bobina devido a outra, N. é            Φ                     Φ    
chamado de número de acoplamento de fluxo, isolando M 
M = i
N .Φ  
O coeficiente de indutância mútua representa, matematicamente, uma constante de relação que 
depende da corrente, posição relativa entre as bobinas e a permeabilidade magnética do meio. Como 
M é uma contante de relação, a energia se conserva, assim podemos supor que ocorre uma 
transferência total de energia de um circuito para outro. Pela lei de conservação de energia temos: 
E​MP ​= E​MS 
,i L i L  21
2
p
2
p = 2
1
s
2
s
2  
isolando o   temosis  
, ★ is = ip√ LsLP    
 
derivando ( ) com relação ao tempo ★   
, • dt
dis = dt
dip√LsLp  
 
por outro lado, lembrando que a ddp no indutor é dado por  
,V = Ldtdi    
 
isolando​  dtdi   
,★  ★ dtdi = LV  
 
substituindo ( ) em ( ) e isolando   temos★  ★  •  V s  
,V  V s  =   p√LsLp  
assim podemos estimar a voltagem teórica aproximada no terminal   se soubermos a voltagem no V s   
circuito primário e as induâncias das bobinas. A inditância é dado por 
,L = N R2 29R+10H  
onde N é o número de espiras, R e H são o raio e o comprimento do indutor, respectivamente. 
O campo elétrico no terminal de saída da bobina é extremamente alto, isso faz com que os                                   
átomos que compõem o ar próximo a bobina se ionizem, provocando uma aceleração desses átomos                             
com velocidade suficiente para ionizar outros átomos estáveis através da colisão, os átomos que se                             
ionizaram acabam ganhando novamente elétrons livres do ambiente, quando esse processo ocorre                       
intensamente desencadeia­se uma ‘avalanche’ ­ chamado efeito corona ­ de elétrons, formando                       
assim a corona ou faíscas, esse processo se chama ruptura da rigidez dielétrica do ar. A rigidez                                 
dieletrica do ar depende de algumas variáveis como a umidade, pressão e temperatura, porém,                           
podemos desconsiderar esses fatores, pois a variaiveis para o calculo da rigidez no centelhador é o                               
mesmo que no terminal da bobina, quando igualarmos as equações elas irão se cancelar aos pares.                               
Essa consideração é valida somente se as medições forem feitas no mesmo ambiente. 
 
 
A rigidez dielétrica é dado por uma constante K 
 
 
 ​ (V=voltagem, d=distância) k = d
V 
 
logo podemos relacionar essa constante a voltagem no terminal de saída da seguinte maneira 
 
 kp = d
V p  
 
 ks = d
V s  
 
 ​  fazendo​ =  ks  kp  →  ds
V s  = dp
V p  
 
 
temos​  V s = dp
V  dp s 
 
 ​Onde   é a voltagem no terminal de saída da bobina secundária. V s  
 
Foto ilustrativa do efeito corona. 
 
 
 
 
 
 
 
Material 
 
1 - Parquímetro 
2 - Bobina de Tesla 
3 - Fio para aterramento 
4 - Haste 
 
Experiência 1 - Rigidez Dielétrica do Ar 
 
Objetivo 
Utilizar o faiscador para obter a rigidez dielétrica do ar, calcular a voltagem no terminal 
de saída da bobina. 
 
Montagem 
Ajuste a bobina próximo à haste de modo a permitir a visualização da corona ou faísca. 
 
Procedimento experimental 
 Use o parquímetro para medir a distância entre pinos de descarga do faiscador. 
Ligue a bobina e depois aproxime a haste junto a bobina com cuidado até observar as 
primeiras “faíscas”, após encontrar um ponto razoável, desligue a bobina (desligue da 
tomada), meça a distância entre o terminal de saída da bobina e a extremidade 
aterrada da haste. Após esses procedimentos verificar a voltagem da fonte fornecida 
pelo fabricante. Agora com os dados em mão podemos fazer uma estimativa da rigidez 
dielétrica do ar e da voltagem no terminal de saída da bobina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografia 
[1] N. Tesla, Experiments with alternate currents of high 
potential and high frequency, Omni Hawthorne, California 
(1979). 
 
[2] ​Bobina de Tesla" por Luiz Ferraz Netto (Acesso em 07 de abril de 2013) 
 
[3] Adenilson J. Chiquitoe Francesco Lanciotti Jr. y Departamento de Fsica, Universidade Federal de São 
Carlos