¿Bobina de Tesla UHF alimentada por baja tensión?

Question

Quiero saber si es posible utilizar un magnetrón de 2,4 GHz como oscilador para un circuito de bobina de Tesla. La idea es utilizar un transformador elevador de relé oscilante (12 V a 10 kV) y luego cargar un banco de condensadores, sólo para suavizar la salida de CC. Esto se utilizaría entonces para alimentar el circuito de la bobina de Tesla. Vi circuitos VTTC en la web y me preguntaba:

¿Y si uso la antena del magnetrón y el positivo y los conecto a la bobina primaria del TC? Tengo un magnetrón pero quiero saber si va a valer la pena el intento, ya que todavía tengo que comprar el transformador y las bobinas de cobre.

Answer 1

¿Es posible utilizar un magnetrón de 2,4 GHz como oscilador para una bobina de Tesla? La respuesta corta es No, definitivamente no.

La respuesta larga es... bueno, larga. Tenga en cuenta que cada una de las siguientes razones es, por sí misma, un obstáculo absoluto. Sólo una de ellas tendría que ser cierta para que una bobina Tesla de 2,4 ghz fuera totalmente impracticable. Desgraciadamente para esta idea, la situación es mucho peor que si sólo se cumple una de ellas: todas son ciertas.

1. ¿Cómo se construye un transformador resonante de 2,4 GHz? Recuerde que, en última instancia, eso es lo que son las bobinas de Tesla: transformadores resonantes con núcleo de aire con un acoplamiento relativamente débil (alrededor de 0,2 o menos). No se puede enganchar la frecuencia que se quiera a uno, hay que asegurarse de que el primario resuene a la misma frecuencia del oscilador. Normalmente esto se hace a través de un tanque LC, pero la capacitancia utilizada es la capacitancia parásita de la bobina, por lo que no hay ningún componente condensador de masa añadido.

   Así que, sólo haciendo algunos números, si quisieras una frecuencia de resonancia de 2,24GHz, ni siquiera llegaría a nuestros deseados 2,4GHz, si tuvieras 5 pF de capacitancia parásita, que es un número irrealmente bajo. Esto te deja la friolera de 1 nanohenry de inductancia para su bobina. Esta es la inductancia de un cable aproximadamente 2,5mm largo. Estas son las escalas con las que hay que trabajar, y el factor de lo difícil que será construir un transformador resonante de 2,4 GHz que tenga una relación de capacitancia primaria-secundaria remotamente utilizable (es esta relación la que determina la tensión de salida del secundario, no la relación del devanado como en los transformadores no resonantes), simplemente, bueno, no es práctico. La razón por la que las bobinas de Tesla aumentan la tensión es que al utilizar la capacitancia parásita del devanado secundario, y al usar un condensador tanque relativamente más grande (varios cientos de pF o más) en el primario, obtenemos esta gran relación de capacitancia, y después de eso, el aumento de la tensión es simplemente una cuestión de conservación de la energía.

   A 2,4 GHz, ya no hay ninguna forma práctica de conseguir la relación necesaria de capacitancias entre el primario y el secundario. Incluso si se utiliza giros fraccionados ni una sola vuelta completa en cualquiera de las bobinas. Las dimensiones físicas y las parásitas simplemente no permiten la construcción de un transformador resonante a esa frecuencia que tenga alguna capacidad significativa de aumento de voltaje. Lo que me lleva a

2. La tensión máxima de salida de una bobina Tesla es más o menos inversamente proporcional a su frecuencia de resonancia. Seamos muy claros al respecto: cuanto más rápido oscile tu bobina, menor será el voltaje de salida. La razón principal para utilizar un voltaje más alto es que le permite construir una bobina de Tesla más compacta, pero el voltaje de salida final es proporcionalmente menor. Voltajes más altos requiere físicamente más grandes bobinas, que requieren una operación de menor frecuencia. La bobina Tesla de mayor frecuencia que he visto era de 4MHz, y era cómicamente pequeña. Imagina una bobina de Tesla para hormigas. A todos los efectos, cualquier bobina de Tesla que sea lo suficientemente interesante como para que merezca la pena construirla va a estar por debajo de 1MHz, y las realmente enormes van a funcionar a 20kHz o incluso menos. Las frecuencias más bajas permiten relaciones cada vez más amplias entre la energía primaria y la secundaria almacenada, y por lo tanto voltajes más altos.

   Sencillamente, cualquier cosa que se pueda construir que funcione a una frecuencia de resonancia de 2,4 GHz no sería llamada bobina de Tesla por nadie, ni siquiera por Tesla. No conseguiría ninguna relación de voltaje útil, si es que se pudiera hacer con ella. Lo más espectacular sería lo espectacularmente que se vaporiza de los 1800W de asesinato electromagnético de 2,4GHz del magnetrón que se vierten en un transformador resonante del tamaño de medio grano de arroz. Podría ser tan divertido como un condensador de tantalio conectado al revés, ¡nunca se sabe!

3. La electricidad no se comporta igual a 2,4GHz . Ya no se puede enviar por los cables. Esencialmente ni siquiera conduce como la corriente, ya que para el cobre, la profundidad de la piel a 2,4GHz es 1.33 m . En ese momento, es más útil tratarla simplemente como una onda electromagnética, ya que los conductores no verán más que pequeñas corrientes superficiales que simplemente irradian la energía de nuevo. Definitivamente, no se puede conectar un cable al extremo de un magnetrón, ya que está configurado para irradiar ondas electromagnéticas. No está produciendo corriente alterna de 2,4 GHz, es un resonador y amplificador de cavidad que produce microondas acelerando electrones libres de ida y vuelta - no hay ningún camino conductor real para que los electrones vayan a ninguna parte, y si lo hubiera, cambiaría la cavidad resonante. No, estás obteniendo ondas electromagnéticas puras, y ahora tu bobina primaria está obligada a ser una antena wifi increíblemente robusta si quiere recoger cualquier cantidad útil de la energía radiada de forma controlada (como corriente alterna utilizable).

   Buena suerte con eso. ¿Sabes por qué el metal dentro de un horno microondas echa chispas? Porque los campos eléctricos generados por esos 1800W de microondas (o lo que sea, varía pero suele ser más de 1kW) son tan intensos que producirán un potencial de voltaje a través de incluso pequeños trozos de metal lo suficientemente grandes como para causar la ruptura dieléctrica del aire. En otras palabras, lo peor que se puede tener cerca de cualquier bobina de Tesla. O cualquier cosa de metal. O personas.

   A 2,4 GHz, te resultará enormemente difícil embotellar la energía. Tienes unas pérdidas horribles debido a que casi todo actúa como una antena e irradia toda la energía. Y los aislantes son fantásticos conductores de las ondas electromagnéticas, mientras que los conductores las bloquean/reflejan. Algo así como lo contrario de la corriente eléctrica real. La cosa es que cada vez que aceleras un portador de carga, produce una onda electromagnética. Y cuando la corriente está moviendo cargas de un lado a otro a 2,4 GHz... bueno, empiezas a perder energía por esas ondas generadas de forma mucho más severa. Hace que incluso las cosas más simples sean difíciles. Tienes que usar guías de onda (cables coaxiales) en lugar de cables... y así sucesivamente. Pero estoy divagando.

Ah, y en una nota relacionada, no debes alimentar un magnetrón desnudo, y definitivamente no eres capaz de hacerlo con seguridad si siquiera estás considerando hacerlo en primer lugar. Se necesita mucha experiencia y teoría, e incluso entonces, predecir cómo se comportarán las microondas es difícil. Hay que blindar bien todo lo que esté cerca, y es muy fácil que una gran cantidad de energía de radiofrecuencia se concentre en el tejido humano y provoque quemaduras internas que carecemos de receptores nerviosos o de dolor para sentir. Se puede esperar que se cocine un órgano (¿cuántos órganos no vitales hay que cocinar? No muchos) o, la lesión más común, es simplemente destruir las retinas y dejar de ver las cosas por el resto de la vida.

E incluso si no te preocupa tu propia seguridad, es poco probable que puedas mantener a las mascotas o personas cercanas lo suficientemente seguras. Simplemente no juegues con magnetrones, por el bien de todos.

Además, la mayoría de los magnetrones son peligrosos si simplemente se exponen. ¿El tuyo tiene un poco de cerámica púrpura cerca de la antena? Eso es óxido de berilio. En su forma de cerámica a granel, es bastante segura, pero como cualquier cerámica, tiende a formar partículas de polvo muy finas en caso de que se rompa o se aplaste. No es conveniente respirarlas. Pueden causar Beriliosis y, además, son cancerígenos. No se trata de una mierda de seguridad del nivel de la OSHA, de cubrirse el trasero, sino que realmente no se debe jugar con cosas como estas.

Answer 2

Sí se puede. Tesla trabajaba entre 6Hz y 60GHz. Utiliza la patente 787.412 para modificar tu frecuencia si es demasiado alta para los condensadores o demasiado baja para gestionar el volumen físico de la longitud de onda.

Metacolin tiene razón, las bobinas más pequeñas son un dolor de cabeza para afinar, pero usted preguntó si era posible y lo es. Pero en las frecuencias más altas la naturaleza de tu bobina también cambia. Hay que tener cabeza para estas cosas y ahí es donde la imaginación y la inventiva vienen bien.