Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante inventado por Nikola Tesla en 1891 que produce altas tensiones y frecuencias de radio. Está compuesta por una serie de circuitos eléctricos acoplados que transfieren energía de un circuito primario a uno secundario, creando descargas eléctricas de largo alcance. Aunque la idea original de Tesla era transmitir energía sin cables, las bobinas modernas se usan principalmente para generar efectos visuales espectaculares como chispas y arcos eléctricos.

1. Bobina de Tesla
Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor
a su inventor, Nikola Tesla, quien la patentó en 1891 a la edad de 35 años. La
bobina de Tesla está compuesta por una serie de turbinas de Tesla que
crean descargas eléctricas con un alcance del orden de varios metros.
Bobinas Tesla disruptivas
-En la primavera de 1891, Tesla realizó una serie de demostraciones con varias
máquinas ante el American Institute of Electrical Engineers del Columbia College.
Continuando las investigaciones iniciales sobre voltaje y frecuencia de William
Crookes, Tesla diseñó y construyó una serie de bobinas que produjeron corrientes
de alto voltaje y alta frecuencia, asociadas a condensadores (capacitores). Estos
condensadores consistían en placas móviles en aceite. Cuanto menor eran las
placas, mayor era la frecuencia de estas primeras bobinas. Las placas resultaban
también útiles para eliminar el elevado auto inductancia de la bobina secundaria,
añadiendo capacidad a ésta.

2. Bobinas posteriores
Estas bobinas posteriores son los dispositivos que construyen usualmente los
aficionados. Son transformadores resonantes con núcleo de aire que genera muy
altos voltajes en radio frecuencias. La bobina alcanza una gran ganancia
transfiriendo energía de un circuito resonante (circuito primario) a otro (secundario)
durante un número de ciclos.
Aunque las bobinas Tesla modernas están diseñadas usualmente para generar
largas chispas, los sistemas originales de Tesla fueron diseñados para la
comunicación sin hilos, de tal manera que él usaba superficies con gran radio de
curvatura para prevenir las descargas de corona y las pérdidas por streamers.
La intensidad de la ganancia en voltaje del circuito es proporcional a la cantidad de
carga desplazada, que es determinada por el producto de la capacitancia del
circuito, el voltaje (que Tesla llamaba “presión”) y la frecuencia de las corrientes
empleadas. Tesla también empleó varias versiones de su bobina en experimentos
con fluorescencia, rayos x, potencia sin cables para transmisión de energía
eléctrica, electroterapia, y corrientes en conjunto con electricidad atmosférica.
Las bobinas posteriores constan de un circuito primario, el cual es un circuito
LC (inductancia-condensador) en serie compuesto de un condensador de alto
voltaje, un spark gap, y una bobina primaria; y un circuito secundario, que es un
circuito resonante en serie compuesto por la bobina secundaria y el toroide. En los
planos originales de Tesla, el circuito LC secundario está compuesto de una
bobina secundaria cargada que es colocada en serie con una gran bobina
helicoidal. La bobina helicoidal estaba entonces conectada al toroide. La mayor
parte de las bobinas modernas usan sólo una única bobina secundaria. El toroide
constituye una de las terminales de un condensador, siendo la otra terminal la
Tierra. El circuito LC primario es “ajustado” de tal forma que resonará a la misma
frecuencia del circuito secundario. Las bobinas primaria y secundaria están
débilmente acopladas magnéticamente, creando un transformador con núcleo de
aire resonante. Sin embargo, a diferencia de un transformador convencional, que
puede acoplar el 97%+ de los campos magnéticos entre los arrollamientos, estos
están acoplados, compartiendo sólo el 10-20% de sus respectivos campos
magnéticos.

3. Transmisión
Una bobina Tesla grande de diseño actual puede operar con niveles de potencia
con picos muy altos, hasta muchos megavatios (un millón de voltios). Debe por
tanto ser ajustada y operada cuidadosamente, no sólo por eficiencia y economía,
sino también por seguridad. Si, debido a un ajuste inapropiado, el punto de
máximo voltaje ocurre por debajo de la terminal, a lo largo de la bobina
secundaria, una chispa de descarga puede dañar o destruir el cable de la bobina,
sus soportes o incluso objetos cercanos.
Tesla experimentó con estas y muchas otras configuraciones de circuitos. El
arrollamiento primario, el hueco entre los electrodos donde salta la chispa y el
depósito condensador están conectados en serie. En cada circuito, el
transformador de la alimentación AC carga el depósito condensador hasta que su
voltaje es suficiente para producir la ruptura del spark gap. El gap se dispara,
permitiendo al depósito condensador cargado descargarse en la bobina primaria.
Una vez que el gap se dispara, el comportamiento eléctrico de cada circuito es
idéntico. Los experimentos han mostrado que ninguno de los circuitos ofrece
ninguna ventaja de rendimiento sobre el otro.
Sin embargo, en el circuito típico (arriba), el cortocircuitar el spark gap previene
que las oscilaciones de alta frecuencia 'vuelvan' al transformador. En el circuito
alterno, oscilaciones de alta amplitud y alta frecuencia que aparecen a lo largo del
condensador también son aplicadas a la bobina del transformador. Esto puede
inducir descargas de corona entre los giros que debiliten y eventualmente
destruyan el aislamiento del transformador. Constructores experimentados de
bobinas Tesla utilizan casi exclusivamente el circuito superior.

4. Seguridad y precauciones
En el ajuste de la bobina la frecuencia de resonancia de la bobina primaria se
ajusta al mismo valor de la bobina secundaria. Es recomendable para comenzar
usar oscilaciones de baja potencia, y a partir de estas incrementar la potencia
hasta el momento en el que el aparato esté bajo control. Mientras se ajuste, se
suele añadir una pequeña proyección (llamada "breakout bump") al terminal
superior para estimular descargas de corona y de chispas (también llamadas
"streamers") en el aire circundante. La bobina puede entonces ajustarse para
conseguir las descargas más largas a una cierta potencia dada, correspondiendo
a la coincidencia de frecuencias entre la bobina primaria y la secundaria. La
"carga" capacitiva de estos streamers tiende a bajar la frecuencia resonante de
una bobina Tesla funcionando a potencia máxima. Por distintas razones técnicas,
resulta efectivo elegir a los terminales superiores de la bobina con forma toroide, lo
que hace que el circuito primario empiece a oscilar. La corriente oscilante crea un
campo magnético que se acopla con el segundo arrollamiento, transfiriendo
energía a la parte secundaria del transformador y produciendo que este oscile con
la capacitancia toroidal. La transferencia de energía ocurre durante varios ciclos, y
la mayor parte de la energía que originalmente se encontraba en la parte primaria,
pasa a la secundaria. Cuanto mayor es el acoplamiento magnético entre los
arrollamientos, menor será el tiempo requerido para completar la transferencia de
energía. Según la energía crece en el circuito oscilante secundario, la amplitud del
voltaje RF del toroide crece rápidamente, y en el aire circundante al toroide se
produce una ruptura del dieléctrico, formando una descarga de corona.
Según se sigue incrementando la energía (y el voltaje exterior) de la segunda
bobina, se producen pulsos mayores de corriente de desplazamiento que ionizan y
calientan el aire. Esto forma una “raíz” de plasma caliente muy conductora,
llamada chispa directora que se proyecta hacia el exterior del toroide. El plasma
en esta “conductora” está considerablemente más caliente que una descarga de
corona, y es considerablemente más conductora. De hecho, tiene propiedades
similares a un arco eléctrico. La conductora se bifurca en miles de descargas
mucho más finas, similares a cabellos, llamadas streamers.

5. . Teoría Básica:
Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante que produce altas
tensiones de elevadas frecuencias (radiofrecuencias), llamado así en honor a su
inventor, Nikola Tesla, un extraordinario ingeniero serbio-estadounidense, quien
en 1891 desarrolló un generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual
proyectaba trasmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores. Las
bobinas de Tesla están compuestas por una serie de circuitos eléctricos
resonantes acoplados. En realidad Nikola Tesla experimentó con una gran
variedad de bobinas y configuraciones, así que es difícil describir un modo
específico de construcción que satisfaga a aquéllos que hablan sobre bobinas de
Tesla. Las primeras bobinas y las bobinas posteriores varían en configuraciones y
montajes. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas de largo
alcance, lo que las hace muy espectaculares con efectos observables por el ojo
humano como chispas, coronas y arcos eléctricos. Aunque la idea de Tesla no
prosperó, a él le debemos la corriente trifásica, los motores de inducción que
mueven las industrias y otras 700 patentes más.
La bobina Tesla funciona de la siguiente manera: El transformador T1 carga al
capacitor C1 y se establece una alta tensión entre sus placas. El voltaje tan
elevado es capaz de romper la resistencia del aire, y hace saltar una chispa entre
las terminales del explosor EX. La chispa descarga al capacitor C1 a través de la
bobina primaria L1 (con pocas espiras) y establece una corriente oscilante.
Enseguida el capacitor C1 se carga nuevamente y repite el proceso. Así resulta un
circuito oscilatorio de radio frecuencia al que llamaremos circuito primario. La
energía que produce el circuito primario se induce en la bobina secundaria L2 (con
más vueltas). El circuito secundario se forma con la inductancia de la bobina L2 y
la pequeña capacidad distribuida en ella misma, diseñado de modo que el circuito
secundario oscila a la misma frecuencia que el circuito primario, entrando en
resonancia. Lo interesante de esta bobina es que la condición de resonancia es
como empujar a un niño en un columpio, si le das un empujón en el momento
exacto, el niño irá cada vez más alto. Finalmente, el circuito secundario produce
ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia y voltajes muy elevados. Estas se
propagan en el medio ionizando las moléculas del aire, convirtiéndolo en trasmisor
de corriente eléctrica.

6. El mito del efecto pelicular o piel (skin effect)
Los peligros de las corrientes de alta frecuencia se perciben a veces como
menores que los producidos a bajas frecuencias. Esto se suele interpretar,
erróneamente, como debido al efecto pelicular, un efecto que tiende a inhibir la
corriente alterna que fluye dentro de un medio conductor. Aunque el efecto
películar es aplicable dentro de conductores eléctricos (por ejemplo metales), la
“profundidad de penetración” de la carne humana a las frecuencias típicas de una
bobina Tesla es del orden de los 100 cm o más. Esto significa que corrientes de
alta frecuencia seguirán fluyendo preferentemente a través de partes mejor
conductoras del cuerpo como el sistema circulatorio y el nervioso. En realidad, el
sistema nervioso de un ser humano no siente directamente el flujo de corrientes
eléctricas potencialmente peligrosas por encima de 15/20 kHz; para que los
nervios sean activados, un número significativo de iones deben cruzar su
membrana antes de que la corriente (y por lo tanto el voltaje) se revierta. Debido a
que el cuerpo no provee una señal de shock, los inexpertos pueden tocar los
streamers exteriores de una pequeña bobina Tesla sin sentir dolorosos shocks.
Sin embargo, hay pruebas entre experimentadores de bobinas Tesla de haber
sufrido daño temporal en los tejidos, el cual puede ser observado como dolor de
músculos, articulaciones u hormigueo durante horas e incluso días después. Se
cree que esto puede deberse a los efectos dañinos del flujo de corrientes internas,
y es especialmente común con bobinas Tesla de onda continua, de estado sólido
o de vacío.
Grandes bobinas Tesla y amplificadores pueden producir niveles peligrosos de
corriente de alta frecuencia, y también altos voltajes (250.000/500.000 volts o
más).