Las tensiones muy altas se pueden en muchos experimentos y aplicaciones importantes, ya sea como equipo, ya sea en experimentos de laboratorio. La fuente que describimos brinda tensiones que fácilmente superan los 10.000 volt, produciendo chispas de más de 1 centímetro con bastante brillo, dada la elevada corriente involucrada. Una de las posibles aplicaciones para esta fuente es en el laboratorio de física, usándola para demostrar la ionización, campos de corriente y efecto de puntas.
Existen muchas maneras de conseguir tensiones muy elevadas, siendo la más tradicional la que hace uso de la Bobina de Tesla. Se cuenta que este investigador de origen europeo, radicado en los EE. UU., conseguía con sus bobinas producir descargas de más de un millón de volt, que no sólo espantaban a las visitas (¡a las que le gustaba hacer chistes!) sino también a sus vecinos.
No vamos a llegar al millón de volt, pero con unos 10.000 podemos perfecta- mente tener rayos visibles y efectos interesantes para experimentos y aplicaciones prácticas.
Cómo funciona
La base de nuestro circuito es un transformador de alta tensión (fly-back) usado para generar de 10.000 a 30.000 volt en televisores, ya que esta es la tensión que se debe aplicar al tubo de imagen para que el haz de electrones en su interior alcance la pantalla produciendo la imagen.
El lector podrá conseguir este componente en cualquier televisor analógico fuera de uso lo que sin duda hará todo más fácil en términos financieros.
Aplicando una serial alternada de una frecuencia del orden de 1kHz en el bobinado primario de este transformador, podemos tener en el secundario una elevadísima tensión que fácilmente superará los 10.000 volt. La señal es gene- rada por un multivibrador estable alimentado por una tensión entre 12 y 15 volt obtenida de un transformador a partir de la red general. Este transformador es importante, pues aísla el circuito de la red local para mayor seguridad.
La frecuencia es determinada por C3/R3 y C4/R4 que pueden eventualmente ser alterados para obtener mayor rendimiento. Sugerimos que los lectores cambien R4 por un potenciômetro de 100 k en serie con un resistor de 4k7, obteniendo así un ajuste de punto ideal de funcionamiento o de tensión de salida (figura 1).
Para excitar el flyback con una buena corriente se usa un transistor de potencia TlP31 que deberá montarse en un buen disipador de calor. El transistor debe tener el sufijo "C" que soporta tensiones mas elevadas y que, por lo tanto, estará más seguro en la aplicación indicada.
Montaje
El diagrama completo de la fuente de MAT aparece en la figura 2.
Una versión más simple, que debe ser bien cerrada en una caja de madera, aparece en puente de terminales en la figura 3.
La versión en placa de circuito impreso puede ser vista en la figura 4.
El transformador T1 debe tener secundario de 12+12V con corriente de por lo menos 1 ampere. El bobinado primario está de acuerdo con la red local (220V).
X1 y el flyback que puede ser de cualquier televisor común (blanco y negro o en colores), siempre que está en buen estado. En este transformador debemos enrollar Lt que consiste en 10 a 20 vueltas de alambre común enrolladas en la parte inferior del núcleo de ferrite.
El transistor Q1 debe ser dotado de un pequeño disipador de calor, ya que trabajará caliente. Este disipador puede ser hecho doblando en forma de "U" una lámina de hierro o aluminio de 6 x 3 cm.
La conexión del chispero, que corresponde al punto en que obtenemos mayor tensión, se hace en dos puntos. Uno es el propio alambre que sale de lo alto de la bobina secundaria del flyback. El otro debe ser experimentado entre las diversas tomas que normalmente existen en el mismo bobinado y que terminan en las laterales.
La conexión debe hacerse en la que produzca mayor chispa que corresponde a los extremos del bobinado. Terminado ei montaje, el Iector debe revisarlo, y pasar a las pruebas de funcionamiento.
Prueba y uso
Es importante observar que las elevadas tensiones de este circuito son peligrosas. Así, se debe hacer el montaje del aparato en una caja de material aislante (madera por ejemplo) y el transformador de alta tensión debe ser bien aislado.
EI chispero tampoco debe quedar accesible, y está hecho con dos alfileres y bornes, como muestra el ejemplo de la figura 5.
Conectando el aparato a la red general, la chispa debe ocurrir entre las puntas, que deben estar separadas hasta 1 cm.
Para tener una idea de la tensión, en función de la rigidez dieléctrica del aire, podemos decir que cada 1 cm. corresponde a una tensión de 10.000 volt.
Así, si aleja las puntas de! chispero a una distancia de 1,5 cm y todavía obtiene chispa, entonces la tensión obtenida será de 15.000 volt.
La rigidez dieléctrica del aire es una magnitud que expresa su capacidad de aislamiento, que es del orden de 10kV/cm2, en condiciones normales ya que la humedad influye mucho.
Acercando una lámpara fluorescente al chispero o bobina, cuando el aparato estuviera conectado-y no se producen chispas (aleje las puntas), la misma se encenderá por la acción del fuerte campo eléctrico existente (figura 6).
Haga este experimento en la oscuridad. La aproximación de una lámpara neón también provoca el mismo efecto.
