Novecento, epoca delle scoperte tesina

INTRODUZIONE

Ho scelto di svolgere la mia tesina su Nikola Tesla e realizzare questo progetto sulla base dei suoi studi

perché mi ha sempre affascinato ciò che ha fatto; senza lui e le sue scoperte molte apparecchiature che

usiamo oggi nella nostra vita quotidiana non ci sarebbero.

Inoltre la costruzione di questo circuito mi ha permesso di osservare da vicino e concretizzare fenomeni

l’induzione elettromagnetica

che abbiamo studiato a scuola, quali che avviene fra le due bobine, e

l’accensione

apprezzare le conseguenza di tali fenomeni, ad esempio a distanza di lampade a

luminescenza.

La semplicità del circuito da cui è composta mi ha fatto riflettere sulla genialità degli studi fatti da Tesla,

genio trascurato per molti anni. INDICE 3

CAPITOLO 1: Bobina di Tesla………………………………………………………………….. 3

1. Informazioni generali……………………………………………………………………. 5

2. Progetto (SSTC)…………………………………………………………………………. 5

3. Componenti………………………………………………………………………………

3.1 Alimentazione (Circuito Stabilizzato)……………………………………………….. 5

7

3.2 Circuito elettronico astabile con integrato NE555N………………………………… 8

3.3 Trasformatore Flyback……………………………………………………………….

3.4 Circuito primario e relativi componenti……………………………………………... 9

10

4. Principi di funzionamento……………………………………………………………….. 10

PREMESSA (Cosa sono le onde elettromagnetiche? Come si distinguono?)………….. 11

4.1 Electromagnetism (in inglese)……………………………………………………….. 12

4.2 Principio del trasformatore…………………………………………………………... 12

4.3 Circuito LC…………………………………………………………………………... 13

5. Effetti derivanti…………………………………………………………………………... 13

5.1 Effetto Corona……………………………………………………………………….. 14

5.2 Effetto Pelle………………………………………………………………………….. 14

5.3 Elettrosmog…………………………………………………………………………...

– L’uomo che inventò il XIX secolo……………………………… 15

CAPITOLO 2: Nikola Tesla 15

1. Le origini…………………………………………………………………………………

2. La carriera di Nikola…………………………………………………………………….. 16

18

3. Tesla e Thomas Edison………………………………………………………………….. 19

4. Alternating Current (in inglese)…………………………………………………………. 20

5. Motore Asincrono Trifase (MAT): origini e innovazioni………………………………..

Curiosità………………………………………………………………………………………….. 22 2

CAPITOLO 1 : Bobina di Tesla

1) Informazioni generali:

La bobina di Tesla (in inglese Tesla coil) è un trasformatore risonante ad alta tensione, senza nucleo

ferromagnetico, in grado di generare fulmini simili a quelli atmosferici.

Fu inventata nel 1891 da Nikola Tesla, scienziato e inventore di origini serbe, come conseguenza dei suoi

studi sulle correnti alternate ad alta frequenza; successivamente Tesla la impiegò per condurre innovativi

esperimenti sulla luce elettrica, la fluorescenza, i raggi X, i fenomeni di corrente alternata ad alta

frequenza, l’elettroterapia, la trasmissione di segnali elettrici, come le onde radio, e di energia elettrica

senza fili.

La si può considerare come una diretta evoluzione di quelle bobine conosciute verso la fine del XIX

come induction coils (bobine d’induzione), in cui si usava un rocchetto di Ruhmkorff per ottenere

secolo

una vistosa scintilla di alta tensione.

Questo rocchetto era semplicemente un trasformatore avvolto su un nucleo ferroso, solitamente alimentato

da una batteria che caricava un condensatore, in cui il rapporto di spire, tra primario e secondario, risultava

molto elevato. Agendo su un interruttore, si scaricava il condensatore primario e questo induceva una

f.e.m. maggiore sul secondario; ciò si manifestava con una scintilla. 3

Fu proprio col rocchetto di Ruhmkorff che si osservarono per la

prima volta le onde elettromagnetiche.

A differenza dei normali trasformatori la bobina di Tesla

all’altro, cioè

trasferisce energia da un circuito risonante

avviene un passaggio di energia tra il circuito primario e il

circuito secondario:

appena il primario trasferisce energia al secondario, la tensione

secondaria aumenta finché tutta l’energia primaria disponibile è

stata trasferita al secondario.

Esistono diverse tipologie di bobine di Tesla che in base al

pilotaggio del circuito primario assumono diverse sigle.

Le più note sono :

 SSTC (solid state tesla coil) Bobina di Tesla allo

stato solido:

questa tipologia di bobina è definita a “stato solido” poiché è

controllata da un circuito elettronico senza parti in movimento

e spinterometro

 DRSSTC (dual resonant solid state tesla coil):

 VTTC (vacuum tube tesla coil): Bobina di Tesla

Valvolare

(Progetto della Prima Bobina di Tesla)

Inoltre, attraverso una regolazione appropriata delle

frequenze delle scariche prodotte, è possibile

generare vere e proprie note musicali: questo

avviene grazie alla modulazione delle scariche

dovuta all’impiego di dispositivi come software

MIDI o strumenti musicali, i quali connessi a una

definita “Singing

particolare bobina di Tesla Tesla

Coil”, generano vibrazioni che producono suoni.

Queste speciali bobine vengono utilizzate in

numerosi gruppi musicali o per l’esecuzione di La chitarra elettrica viene connessa alle Bobine di Tesla e

brani musicali in concerti, svolti appunto da queste questo gli permette di utilizzarle come “Amplificatori”

bobine. 4

Progetto :

2) La Bobina che ho costruito rientra nella

categoria SSTC (Solid State Tesla Coil): A

differenza di quelle classiche che impiegano

migliaia di volt per il funzionamento, i

circuiti elettronici permettono di aver

maggior sicurezza per quanto riguarda il

pericolo della corrente elettrica sul corpo

umano.

La frequenza di risonanza è generata

direttamente da un circuito elettronico, in

questo caso circuito integrato astabile

NE555N.

N.B. : Le Bobine di Tesla a stato solido generano scintille più sicure che si possono anche toccare.

Componenti:

3)

3.1) Alimentazione: 5

Alimentatore stabilizzato: è un circuito in grado di trasformare e raddrizzare la tensione.

Il suo scopo è di fornire una tensione di alimentazione continua (costante) di alcuni volt necessaria per

poter alimentare un dispositivo elettronico.

Per permettere ciò esso è costituito da una serie di elementi:

 Trasformatore: il dispositivo riceve in ingresso una

tensione di 220V in alternata e in uscita fornisce una

tensione notevolmente minore

 Raddrizzatore: questo circuito è costituito da una

serie di diodi disposti con la configurazione del ponte

di Graetz.

Esistono 2 tipi di raddrizzatori:

1- raddrizzatori a semionda, che semplicemente

“tagliano” le onde negative prodotte dalla tensione

alternata

2- raddrizzatori a doppia semionda, che non tagliano

l’onda negativa ma la ribaltano per poter avere una

tensione positiva e pulsante

 Filtro d’ingresso:

è ottenuto dall’impiego di una serie di

condensatori, i quali permettono di livellare

le onde pulsanti prodotte dal ponte, in

modo da rendere la retta della tensione

sempre più lineare

 Stabilizzatore: lo stabilizzatore di tensione è un circuito

impiegato nel fornire una tensione praticamente costante ai

dispositivi a valle di esso. Gli stabilizzatori vengono

generalmente realizzati sfruttando le proprietà dei diodi

l’impiego di

Zener, oppure mediante transistor.

 Filtro d’uscita: è costituito anch’esso da dei condensatori che permettono di rendere la tensione

perfettamente lineare 6

3.2) Circuito elettronico astabile con integrato NE555N:

Prima di spiegare il funzionamento del circuito è bene descrivere il funzionamento dei singoli

componenti: (Schema del Circuito astabile)

NE555: è la sigla del circuito integrato contenente un multivibratore che

può essere configurato come monostabile (timer) e come astabile

(oscillatore) permettendo la realizzazione di numerosissime applicazioni.

La sigla 555 deriva dal fatto che al suo interno ci sono 3 resistori

ciascuno del valore di 5 kΩ

collegati in serie

Nella realizzazione del circuito l’integrato è stato configurato per

funzionare in modalità astabile: il 555 opera come un oscillatore, cioè

nessuno dei due stati ( stato alto e stato basso ) è stabile ed il circuito

passa continuamente da uno stato all'altro. Il circuito si comporta

pertanto come un oscillatore in grado di produrre onde quadre.

(Onde prodotte dal circuito, visualizzate tramite oscilloscopio) 7

BD243C (NPN Transistor) :

Questa è la sigla del transistor. È essenzialmente un componente

elettronico a semiconduttore ( generalmente costituito da silicio)

impiegato in molti dispositivi elettronici. Il BD243C è dotato di

3 pin di collegamento:

1- Base;

2- Collettore;

3- Emettitore;

Questo transistor è di tipo NPN, cioè il collettore deve essere collegato al polo positivo e l'emettitore a

quello negativo

Può avere molti impieghi perché lavora come amplificatore, come interruttore e il suo scopo è quello di

amplificare il segnale prodotto dall’integrato.

Il transistor è generalmente collegato a un dissipatore ad alette che ha come

scopo quello di raffreddare il dispositivo ed evitare quindi malfunzionamenti

dovuti all’effetto joule.

3.3) Trasformatore Flyback:

L'alimentatore ad alta tensione chiamato trasformatore di riga (in inglese

Flyback) è uno speciale

trasformatore elevatore di

tensione usato per generare una

tensione necessaria ad accelerare

gli elettroni nel tubo a raggi

catodici. Esso opera grazie ad una

serie di transistor : quando il transistor di uscita orizzontale si

–

attiva durante la scansione, la corrente e quindi anche il campo

magnetico - crescono in modo lineare nel primario del

trasformatore, visto che quest'ultimo si comporta come un

induttore. 8

N.B. : il Flyback è realizzato con uno spazio d'aria nel nucleo, in modo tale da farlo agire più come

induttore che come trasformatore

Una volta che il transistor di uscita orizzontale si disattiva al termine della scansione la corrente decresce

rapidamente, il campo magnetico collassa accoppiandosi induttivamente al secondario e genera degli

impulsi ad alta tensione in corrente continua.

all’interno del blocco del trasformatore

Alcune volte è previsto un condensatore separato di alta tensione.

3.4) Circuito primario Bobina di Tesla e relativi componenti

SPINTEROMETRO (O SPARK GAP):

Lo spinterometro è un interruttore ad alta tensione costituito da due

elettrodi posti ad una distanza di qualche millimetro. Questo

strumento, sfruttando la bassa rigidità dielettrica dell’aria, quando la

tensione arriva ad una certa soglia (determinata dalla distanza degli

elettrodi), innesca una scintilla.

La bobina di Tesla spinterometrica è rimasta immutata dalla sua

invenzione, dato che quando fu inventata lo spinterometro era

praticamente l’unico strumento per effettuare commutazioni prima

dell’avvento delle valvole e dei dispositivi a semiconduttore. (Esempio di Spinterometro) 9

CIRCUITO LC PRIMARIO:

È composto dal capacitore primario e dall’avvolgimento

primario

CIRCUITO LC SECONDARIO:

È composto dall’avvolgimento secondario e dalla toroide

(condensatore con terminale di scarico).

4)Principio di funzionamento:

PREMESSA

Che cosa sono le onde elettromagnetiche ?

Le onde elettromagnetiche sono delle oscillazioni, tra loro perpendicolari, del campo elettrico e di quello