Bobinas de Tesla y Jaulas de Faraday

[Torke]

Muy buenas chavalotes. Pues como sé que entre nosotros hay potentes hombres de ciencia, me gustaría que alguien que se preste nos explicase cómo funcionan las bobinas de Tesla y Cajas de Faraday (para documentarme sobre un relato que estoy escribiendo). Alguien se atreve? Soy facilona wink wink nudge nudge say no more

[Yuyu]

Hace unos días ciertos usuarios me echaron una mano y considero que debo continuar con la "cadena de favores"...
En la red tienes suficiente información al respecto, por lo que imagino que la explicación debe ser muy sencilla sobre un tema que no lo es por la cantidad de conocimiento necesario para explicar los pormenores del hecho.

Intento explicarlo de la forma mas sencilla que se me ocurre, por lo que puedo incurrir en errores de bulto, al no ajustarme a su explicación técnica en favor de su simplicidad.

Jaulas Faraday

Pongamos el caso de una caja de cartón (un avión, microondas etc..) forrada con papel de aluminio, las descargas electromagnéticas que puedan ocurrir son absorbidas por el metal reorganizando su campo magnético y como resultado la ausencia de carga dentro de la caja.

Ejemplos:

Si queremos probar como de bueno es nuestro microondas a la par de comprobar el hecho, podemos colocar dentro un teléfono móvil (el que escribe no se hace responsable por el mal uso o conexión del aparato) NO ENCENDER el microondas.... y realizamos una llamada, si la llamada es rechaza (apagado o fuera cobertura) estaremos ante un buen aislamiento del microondas, de lo contrario no comprar en el baratillo que luego sale caro.

Las bicicletas eléctricas de Madrid aparecen en Rumania...¿Cómo...?, para que los gps que incluyen las bicicletas queden sin efecto, basta con meter las bicis dentro de un vehículo que previamente se ha forrado con papel de aluminio, esto se puede comprobar igualmente con un teléfono móvil que es menos delictivo, al forrar el móvil con papel de aluminio, el mismo quedara apagado o fuera de cobertura.

Bobina Tesla

Para la bobinas Tesla la cosa se puede complicar un poco más ya que se necesitan conocimientos previos para entender porqué y cómo funciona.

Como explicación muy general, es una bobina que aprovechando el fenómeno de resonancia (sip, ese que tira puentes o rompe vasos, pero aplicado a circuitos electricos/nicos) eleva la tensión base provocando que llegado un momento de ionización del aire, salte una chispa.

Dependiendo de los valores de los materiales empleados, "capacitancia"(es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica) e "inductancia" (es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un capacitador o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético) resonaran a una frecuencia fija, para que el chisme funcione los cálculos del circuito y su posterior puesta en marcha, las bobinas primaria y secundaria se conectan al circuito de modo que resuenen en la misma frecuencia.

El voltaje de alta frecuencia se logra cargando un "condensador" ( dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.) hasta que llega a un voltaje que rompe a través del aire con forma de chispas...

Esta explicación es muy chabacana y se deja la mayoría sin extender, pero como dije anteriormente se necesitan conocimientos avanzados en electricidad y electrónica para su definición.

Ejemplos:

Una de las mas usadas son las bobinas de coches o motos que elevan la tensión generada por el vehículo para que en cierto momento (suele ser un ruptor, que de forma muy básica podríamos decir que es un interruptor que se cierra o abre en el momento adecuado. El encendido electrónico ha desplazado a los ruptores.) salte chispa en la bujía.

Otro ejemplo de andar por casa es el típico mechero eléctrico que al pulsar una bobina, hace saltar una chispa que sirve para encender el gas del mechero.

Algún juguete también aplica el principio de Tesla, pero lejos de aplicaciones básicas o efectos especiales en películas o espectáculos, prácticamente sin aplicación industrial.


Saludos


Pd. Lo de facilona no lo entiendo, pero lo intuyo...

[Torke]

Muchísimas gracias compañero. Puedo seguir abusando de tu facilidad de explicación para hacerte una pregunta específica? Porque hasta ahora me ha quedado todo muy claro. La aplicación que le voy a dar es en un relato que estoy escribiendo, sci fi. Me gustaría saber si se podría utilizar un sistema de bobinas Tesla para crear un muro de contención. Es decir, que nadie pudiera pasar a través de ellas bajo peligro de morir electrocutado. Y ya puestos, si alguien (o algo, pongamos un robot) con un armazón de aluminio podría pasar a través de ellas sin problemas. Por último, haría falta una cantidad demencial de electricidad para llevar esa barrera de Bobinas Tesla a la realidad?

Muchísimas gracias!!!!

(Lo de facilona era una broma, soy un tío con barba y pelo en pesho )

[Yuyu]

Pues prácticamente te has respondido a ti mismo.

Como el tema va de Ciencia-Ficción puede darse cualquier caso como los comentados que para eso lo de Ficción.

Por lo que toca a la parte de la ciencia, crear un muro lo podemos simplificar a la distancia donde la bobina actúa, que dependerá de lo grande que esta sea.

Recordemos que lo que mata no es la tensión y si la intensidad, de forma que 12 voltios a 100 miliamperios, no te mataran, pero 12 voltios a 300 Amperios te dejaran tostado, para entender el hecho, podríamos coger uno de los cables que van a la bujía de un coche o moto que de los 12 voltios generados por el vehículo son elevados a unos 12.000 voltios pero con muy baja intensidad (Amperios) al accionar el dispositivo, nos dará un calambre pero sin mas consecuencias y podremos bacilar con nuestros amigos por haber sobrevivido a una descarga de 12.000 voltios.

Ya se puede intuir que la supuesta muralla difícilmente electrocutara a nadie, en contrapartida lo que puede ocurrir es que le de un calambre con consecuencias tales como quemaduras de diferente grado, suele avisarse con este tipo de experimentos de no tocar el "Toroide"(pieza metaliza donde salen los rayos). Pero como es Ficción podemos abusar del concepto, la base científica ya es otra cosa. No se suele tener en cuenta que un arco de alta frecuencia puede golpear el primario del trasformador, pudiendo producirse descargas mortales.

Un claro ejemplo de buen funcionamiento de las jaulas de Faraday, son los aviones que cuando hay tormenta reciben descargas de cierta consideración cuando están en vuelo y a sus ocupantes no les ocurre nada, siempre que el rayo caiga en el chasis del aparato o porqué cuando hay tormenta, el coche con las ventanas cerradas protegerá a sus ocupantes en caso de caída de un rayo.

Para el ultimo apartado y basándome en Murphy, cualquier aparato eléctrico conectado a la corriente funciona mucho mejor, es evidente que mantener en funcionamiento el dispositivo de Tesla consume energía pero no es menos cierto que el dispositivo a través de sus circuitería eleva la tensión para sus funcionamiento en relación de 1/1000 por lo que no sería necesaria una ingente generación de energía.

Saludos

[Tulkas]

Leyendo el hilo me ha surgido una duda, por lo que, si no es mucha molestia, a ver si Yuyu puede resolvérmela.

Antes ha explicado que el microondas funciona como una jaula de Faraday, y que una forma de comprobarlo es con el móvil y llamando. Si no da tono sería una señal de que las ondas electromagnéticas no están llegando y por lo tanto, la jaula de Faraday del microondas funciona bien. ¿cierto?

Mi pregunta es, en caso de que esté funcionando bien y dado que la luz también es una onda electromagnética (o eso me enseñaron en su día en el instituto), ¿no debería de verse totalmente negro el microondas?, es decir, la luz no podría entrar en él, ¿no? (y hablo mientras que está apagado, que no se enciende ninguna luz dentro) Y del mismo modo, al ponerlo en funcionamiento, la luz no debería de poder salir de él (porque supongo que la jaula funciona en los dos sentidos), ¿no?

Pues eso, a ver si puedes aclararme un poco estas dudas. (O señalarme donde estoy metiendo la pata en el razonamiento).
Gracias por adelantado!

[ulises7]

Ya te contesto yo Tulkas ya que lo acabo de ver...

Leyendo el hilo me ha surgido una duda, por lo que, si no es mucha molestia, a ver si Yuyu puede resolvérmela.

Antes ha explicado que el microondas funciona como una jaula de Faraday, y que una forma de comprobarlo es con el móvil y llamando. Si no da tono sería una señal de que las ondas electromagnéticas no están llegando y por lo tanto, la jaula de Faraday del microondas funciona bien. ¿cierto?

Sí, exactamente esto (aunque habría que detallar que el microondas sólo detiene ciertas longitudes de onda, que pueden coincidir, o no, con los enviados por las torres de telecomunicaciones).

Mi pregunta es, en caso de que esté funcionando bien y dado que la luz también es una onda electromagnética (o eso me enseñaron en su día en el instituto), ¿no debería de verse totalmente negro el microondas?, es decir, la luz no podría entrar en él, ¿no? (y hablo mientras que está apagado, que no se enciende ninguna luz dentro) Y del mismo modo, al ponerlo en funcionamiento, la luz no debería de poder salir de él (porque supongo que la jaula funciona en los dos sentidos), ¿no?

Pues eso, a ver si puedes aclararme un poco estas dudas. (O señalarme donde estoy metiendo la pata en el razonamiento).
Gracias por adelantado!

Tu argumento tiene sentido, ya que la luz es una onda electromagnética, pero lo que falla en tu argumento (porque efectivamente empíricamente comprobamos que la luz entra y sale del microondas) es que las ondas electromagnéticas abarcan muchas longitudes de onda, donde la luz visible por el ojo humano va desde los 400 nm hasta los 750 nm. Y esta es sólo una fracción pequeña de las ondas electromagnéticas, las ondas de microondas (se llaman así y en efecto las podemos encontrar producidas por los microondas) por ejemplo van de 1 mm hasta 1 m de longitud de onda.

[Torke]

Genialmente explicado Yuyu, miles de millones de Gracias

[Tulkas]

Muchas gracias Ulises/, pero permitidme que siga dándole vueltas a esto, porque creo que se me escapa algo.
Yo estoy asumiendo que el microondas es (o tiene) una caja de faraday. De la explicación de Yuyu entendí que la jaula sirve para absorber cualquier descarga electromagnética, y como ejemplo estaba lo de los móviles. Según lo que me acabas de explicar, esta caja "detiene" unas ondas electromagnéticas y otras no, e intuyo por lo que me explicas que tiene que ver con el tamaño de las ondas. Entonces, una caja de faraday no aisla completamente el interior, ¿no? Dependiendo de la descarga electromagnética que reciba, esta podrá o no atravesar la jaula. ¿es así?
No sé si me estoy liando demasiado, pero si en lugar de hacer la jaula del microondas de metal, fuera por ejemplo de madera (pero geometricamente igual) seguiría evitando la salida de microondas?

[ulises7]

Muchas gracias Ulises/, pero permitidme que siga dándole vueltas a esto, porque creo que se me escapa algo.
Yo estoy asumiendo que el microondas es (o tiene) una caja de faraday. De la explicación de Yuyu entendí que la jaula sirve para absorber cualquier descarga electromagnética, y como ejemplo estaba lo de los móviles. Según lo que me acabas de explicar, esta caja "detiene" unas ondas electromagnéticas y otras no, e intuyo por lo que me explicas que tiene que ver con el tamaño de las ondas. Entonces, una caja de faraday no aisla completamente el interior, ¿no? Dependiendo de la descarga electromagnética que reciba, esta podrá o no atravesar la jaula. ¿es así?
No sé si me estoy liando demasiado, pero si en lugar de hacer la jaula del microondas de metal, fuera por ejemplo de madera (pero geometricamente igual) seguiría evitando la salida de microondas?

Como siempre para entender estos fenómenos físicos es inevitable acabar estudiando la ciencia al detalle.

En este caso: la condición para obtener una jaula de Faraday es tener un conductor en equilibrio electrostático, de forma que en su interior el campo eléctrico sea nulo. Un conductor es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de cargas eléctricas ( corriente eléctrica) y para el caso común vienen a ser metales. El conductor al estar sometido a un campo electromagnético externo se polariza, es decir, por un lado se carga positivamente (donde se alejan los electrones del metal) y por el otro se carga negativamente (donde se acumulan los mismos electrones que se han desplazado), el resultado es que se obtiene un campo eléctrico interior de sentido contrario contrario al exterior y de la misma magnitud, por tanto, no hay campo eléctrico neto interior y voilá, tienes un escudo antielectricidad too rechulón.

Por tanto, sabiendo esto, tu pregunta sobre la de sustituir el recubrimiento metálico por madera es sencilla de responder, con madera un microondas no actuaria como una jaula de Faraday porque la madera no es un conductor, de hecho es un buen aislante. Es decir, los electrones de la madera no se desplazarían para crear el campo interno que anulara al externo.

Respecto a la primera pregunta que haces tiene que ver con que los microondas están diseñados para sellar las frecuencias (o longitud de onda, como prefieras) que el aparato emite, por tanto un microondas no es una jaula de Faraday perfecta sino que sólo funciona con ciertas longitudes de onda. La luz por ejemplo no cuenta, igual que en las famosas jaulas de Faraday con varillas y agujeros entre medio y bueno, muchas otras frecuencias.

[Salvaje]

Con respecto al tema del relato, la idea de la barrera electrica formada por bobinas tesla, tiene cierto sentido, existen simuladores de rayos de tormenta basados en bobinas de tesla. Asi mismo, seria facil de rebasar usando una jaula de faraday como dices (un automóvil se comporta como una jaula de faraday, la carga se reparte uniformemente por la carroceria del mismo, en un episodio de cazadores de mitos  hacen este experimento, puedes buscarlo).

[Trampington]

Alguien se quiere montar un rayo de la muerte y no me ha avisado?.

Y ahora, dentro del espiritu del mejor ig-nobel: Podria un tipo cualquiera montarse un mega generador de arcos voltaicos para, no se, freir al gato del vecino?.

Y al vecino?.

[Torke]

Con respecto al tema del relato, la idea de la barrera electrica formada por bobinas tesla, tiene cierto sentido, existen simuladores de rayos de tormenta basados en bobinas de tesla. Asi mismo, seria facil de rebasar usando una jaula de faraday como dices (un automóvil se comporta como una jaula de faraday, la carga se reparte uniformemente por la carroceria del mismo, en un episodio de cazadores de mitos  hacen este experimento, puedes buscarlo).

Interesante eso. Pongamos que sirviese para contener, o evitar que entren, seres no inteligentes (animales). Sería una buena manera de tener una barrera energética gastando poca electricidad, no?

Por otro lado, el ruido sería ensordecedor, no?

[Salvaje]

Hombre, tanto como poca electricidad.... pero si, podría servir para freir bichos atrevidos. Del ruido, si, cuando suelta el rafagazo es brutal, y el estado de carga, ese zumbido de estática debe ser un poquito cargante. Mirate en youtube videos sobre bobinas tesla (y en ingles tesla coil) para hacerte idea del ruido.