¿Dónde está el camino cerrado en la bobina de tesla?

Para los circuitos de CC, necesitamos un camino cerrado (circuito completo) para crear una corriente circular. Si el camino está abierto, entonces la energía no se puede transferir.

Y para circuitos de CA de baja frecuencia... lo mismo. A 60 Hz, los circuitos son muy parecidos a los sistemas de CC, pero la polaridad sigue invirtiéndose. Un camino cerrado es como un volante o como una correa de transmisión. Una ruta de circuito abierto es como una correa de transmisión con un freno puesto. Si una parte de la "correa de transmisión" está clavada y no se puede mover, entonces no puede haber corriente en todo el bucle.

A altas frecuencias las reglas son muy diferentes. Analogía: con nuestro volante o correa de transmisión con freno, no podemos mover la correa, incluso si tiramos de un lado a otro... ¡sin embargo, las ondas de sonido viajan fácilmente a lo largo de la correa! Después de todo, el sonido es solo un movimiento de banda de corriente alterna. Si tiramos a CC constante, o incluso a 60 Hz, la correa no se puede mover, pero si tratáramos de tirar de la correa 1000 veces por segundo, se movería bastante.

Para crear corrientes en circuitos abiertos, además de emplear alta frecuencia, en su lugar también podríamos tirar muy fuerte , es decir, utilizar un sistema de alto voltaje. Incluso con los "frenos" aplicados, nuestro volante (o correa de transmisión) se mueve significativamente cuando las fuerzas son enormes. Por lo tanto, el alto voltaje y la alta frecuencia actuarán como ondas de sonido de alta presión con un alto vataje. El "freno" no puede evitar que la vibración pase por el resto del circuito. A diferencia de DC, un circuito abierto actúa comprimible.

En detalle: el espacio alrededor de un circuito siempre actúa como un condensador. Pero para CC de bajo voltaje y CA de baja frecuencia, la capacitancia es totalmente insignificante (unos pocos picofaradios). Para 100 VCA a 60 Hz, la magnitud de la corriente en el dieléctrico del cable es aproximadamente I=V*(2 pi F C ), I = 100 (2 pi 60*1e-11) = 0,4 microamperios. Si conecta un trozo de cable de lámpara a un enchufe de 120 V CA, pero sin lámpara conectada, consumirá menos de un microamperio.

Ahora intente lo mismo para una bobina de tesla típica: 100 kilovoltios y 100 kHz I = 1e5*(2 pi 1e5*1e-11) = 0,63 amperios. La corriente en el dieléctrico circundante es bastante enorme. No podemos simplemente ignorarlo como lo hicimos con los circuitos de CC y 60 Hz.

Entonces, responda: el secundario de la bobina de Tesla es como una placa de condensador grande, y la superficie de la Tierra es la otra placa, como un condensador de unas pocas decenas de picofaradios. ¡Todos estamos parados dentro del dieléctrico del capacitor! Instale una resistencia en serie con los conductores de metal (como un globo de vidrio lleno de argón a baja presión) y encontraremos una corriente significativa a través del gas y un voltaje bastante grande a través de él. El gas se descompondrá y brillará. ¡Elija la resistencia adecuada (variando la presión del gas) y la potencia de nuestra lámpara inalámbrica podría ser de hasta 100 kV * 0,63 A = 63 kilovatios! Bueno, menos que eso, para la transferencia de potencia máxima de z-match. Tal vez ~ 30kW como máximo. (sonrisa.)

En otras palabras, cuando la frecuencia es alta y el voltaje es grande, entonces los dieléctricos de capacitores de metros de espesor se comportan como buenos conductores. Un interruptor abierto, si tiene un par de picofaradios, se comporta como un interruptor cerrado para las señales de la bobina de Tesla. Con una bobina de Tesla como fuente de alimentación, podríamos construir circuitos completos con varillas de cerámica (pruebe con titanato de bario o quizás con PZT). lado de la lámpara proporcionará una buena línea de alimentación para completar el circuito y encender la lámpara.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Este es un esquema tosco del circuito equivalente que permite que xxx uA de corriente ilumine el tubo con un gatillo de bujía. El dV/dt muy alto se acopla fácilmente a través de la capacitancia del aire. También hay un timbre de frecuencia resonante en algún período de ciclo$T_1^2=L_{out}*C_{out}$y decae según$T_2=R_{eq}*C_{eq}$decaimiento exponencial y arcos repetidos de acuerdo con dV/dt=Ic/C intermedio con algún umbral de ruptura (1~3 kV/mm)