Suonare con le bobine di Tesla

Sicuramente chiunque ha visto il film “L’apprendista stregone”, uscito in Italia nell’agosto del 2010, si sarà chiesto cosa erano quegli strani apparecchi che il protagonista nerd usò per conquistare la bella ragazza. Quelle macchine capaci di produrre archi voltaici così sorprendenti e così vicini a noi, dato che in natura il fenomeno dei fulmini non è facilmente osservabile da brevi distanze. Ecco, quelle sono le bobine di Tesla.

Bobine di Tesla

Le bobine di Tesla o Tesla Coil (se ci sentiamo più cosmopoliti), così si chiamano, sono dispositivi elettrici che sfruttano due o più circuiti risonanti, cioè circuiti in grado di oscillare a una propria frequenza naturale. Questi apparati prendono il nome dal fisico serbo, poi naturalizzato statunitense, Nikolas Teslache ne costruì il primo modello nel 1891 per verificare i suoi studi sull’elettromagnetismo con l’intendo di condurre innovativi esperimenti sulla trasmissione di segnali elettrici e di energia elettrica senza fili.

Configurazione di base e funzionamento

Lo schema base del circuito per la bobina di Tesla consiste in alcuni dispositivi elettrici:

• Generatore di Tensione: corrisponde alla normale presa domestica che fornisce tensione alternata a 50 Hz, il voltaggio serve alternato in modo che successivamente il primo circuito vada in risonanza con il secondo circuito.
• Trasformatore: serve un trasformatore che aumenti il valore della forza elettromotrice (tensione) in uscita (dal dispositivo stesso)  per poter generare una grande carica e quindi le scariche aeree.
• Condensatore: è un dispositivo elettrico costituito, nella sua forma più semplice, da due lamine metalliche parallele. La sua funzione è quella di condensare, accumulare al suo interno una grande quantità di carica.
• Spinterogeno:  è un apparecchio elettromeccanico atto a generare la scintilla (come avviene nei motori a scoppio).
• Primario: è una vera e propria bobina che ha un numero n di spire, cioè un avvolgimento a spirale di un cavo conduttore (solenoide). In fisica rappresenta l’induttanza, cioè un apparecchio capace di generare campo magnetico al passaggio di corrente alternata.
• Secondario: è uguale al dispositivo precedente ma con un numero di spire molto maggiore di n.Collegato a terra.
• Toroide: è la parte terminale del secondo circuito. Funziona come un condensatore, ed avendo una superficie molto estesa riesce ad accumulare talmente tanta carica da poter generare appunto i fulmini.

Le soluzioni di circuiti oscillanti sono molteplici, ad esempio si potrebbe considerare un circuito in cui scambiamo di posizione lo spinterogeno con il condensatore.

Come funziona?

Semplicemente la tensione iniziale viene potenziata dal trasformatore che ne aumenta il valore e la frequenza di oscillazione, questo permette al passaggio di corrente di accumulare una grande carica nel condensatore. Quando alle estremità dello spinterogeno si crea una differenza di potenziale tale da permettere il passaggio di corrente da un polo all’altro con una scarica, il condensatore si scarica nelle spire del primario aumentando la frequenza di oscillazione. Il campo magnetico indotto sul primario genera un campo nel secondario e quindi una corrente indotta di uguale intensità e frequenza, la tensione invece aumenta a dismisura perché controllata dal fattore (# di spire del secondario/# di spire del primario).

A questo punto data l’enorme tensione, si condensa una quantità enorme di carica sul toroide e, data la grande differenza di potenziale tra la parte terminale del secondo circuito e l’aria circostante, l’energia elettrica viene traferita sotto forma di scariche alle zone circostanti.

Produzione di suoni

La parte più interessante è che con queste folgori si posso generare suoni. Basta pensare alla quotidianità, quando durante un temporale si vede un fulmine dopo pochi secondi si sente un rumore: il tuono. Questo suono è dovuto alla velocissima espansione e successiva contrazione dell’aria circostante che genera un onda di pressione, cioè un onda sonora. Questo però spiega un suono costante e della stessa intensità, ma si possono creare melodie o riprodurre canzoni con questo apparato? La risposta è si. Sostanzialmente per creare un suono controllato è necessario regolare l’energia di scarica poiché modulando la lunghezza del fulmine possiamo controllare la temperatura e quindi la dilatazione e contrazione dell’aria necessaria per creare onde di pressione. Semplicemente si deve monitorare la tensione iniziale attraverso un ulteriore dispositivo elettronico : il potenziometro, che sfrutta delle resistenze interne per diminuire la tensione.

Per rendere più interessante l’argomento e farvi vedere il funzionamento di questi semplici apparecchi vi lascio un video qui sotto. Se come me amate la fisica ne resterete stupiti!

Fonte: Skimbu