BOBINA DE TESLA

TEORIA

Introdução

A Bobina de Tesla é um transformador ressonante com núcleo de ar que permite alcançar altíssimas tensões em alta freqüência com relativa facilidade. De acordo com a Figura 1, o sistema está composto por dois circuitos básicos: o circuito primário e o circuito secundário.
Podemos observar que o primário está composto por elementos discretos: o transformador elevador de tensão T1, o centelhador SG, o capacitor primário C1 e a bobina primária L1.
O secundário compõe-se da bobina secundária L2, do terminal secundário CT e da conexão à terra GND; neste circuito o único elemento discreto é a conexão a terra GND. Tanto o terminal CT e a bobina secundária L2 possuem parâmetros distribuídos.

O Funcionamento

A energia acumulada em um capacitor depende de 2 valores: a capacidade do mesmo e o quadrado da tensão de carga (lembrando que [E]=Joule [C]=Farad [V]=Volt), ou seja: E = 0.5 C V 2
O valor máximo da capacidade do capacitor primário está determinado pela impedância de saída do transformador T1 à freqüência de linha (usualmente 50 ou 60 Hz) de forma que para maximizar a energia armazenada devemos aumentar a tensão de carga.
Como o sistema toma energia da linha, normalmente entre 110 e 240 VAC, a única solução para aumentar a tensão de carga é precisamente o emprego do transformador ELEVADOR DE TENSÃO T1.
Partindo agora de T1 observamos que a tensão de linha, digamos 120 vac 60 Hz, é aumentada, por exemplo, para 12000 volts (12kV). Assim, o capacitor primário C1 é carregado 2 vezes durante cada ciclo a uma tensão rms de 12 kV. É importante assinalar aqui que a freqüência da onda que carrega o capacitor é a freqüência de linha (50-60 Hz) e que não guarda relação direta com a freqüência de ressonância do sistema em questão.
Vejamos agora o funcionamento propriamente dito do circuito:

Observando a Figura 2, o capacitor C1 é carregado pelo secundário do trafo T1 (12 kVrms a 60 Hz) através da bobina primária L1 que possui uma indutância muito pequena.
Como o valor da freqüência de linha é muito baixo resulta que a resistência de L1 à passagem da corrente de carga é também muito pequena.De acordo com isto, o casamento de impedâncias se faz entre o secundário de T1 e o capacitor C1 (que de fato é a carga vista por T1).

De acordo com a Figura 3, quando a tensão instantânea entre os terminais do centelhador SG atinge o valor necessário para conduzir, o arco se estabelece e agora a carga acumulada em C1 flui para L1. O circuito formado por C1, L1 e SG é um circuito ressonante que produz ondas amortecidas. O amortecimento é devido principalmente a resistência dinâmica do centelhador SG.
O campo elétrico de C1 transforma-se em magnético em L1 e vice-versa. O campo em L1 induz uma voltagem na bobina L2.
Se não existisse resistência no circuito primário teríamos ondas contínuas (CW- Continuous Waves) porém a resistência presente, devido principalmente ao centelhador SG, introduz perdas gerando assim ondas amortecidas (DW - Dampened Waves), pois cada pico sucessivo tem uma intensidade menor (amortecimento).

Supondo agora que a tensão no centelhador seja insuficiente para mantê-lo conduzindo (Figura 4), a energia transferida ao secundário fica livre para interagir com os parâmetros do circuito oscilante formado por L2 e CT (lembrar que a bobina secundária já é por si mesma um circuito oscilante).
O terminal secundário CT é na verdade um capacitor, funcionando como uma das armaduras e o plano terra fazendo a papel da restante armadura (por isso para calcular seu valor costuma-se empregar fórmulas que indicam a capacitância isotrôpica correspondente à forma física do terminal CT.