Cos'è una bobina di Tesla?

Immagina un uomo solitario, grondante di sudore che passa tutta la notte in un laboratorio buio, illuminato solo da scintille scoppiettanti che periodicamente saltano da enormi macchine e proiettano un bagliore viola sul suo viso. Questo era Nikola Tesla, l’archetipo dello scienziato pazzo. Le sue invenzioni riempiono il mondo che ci circonda; sono fondamentali per la nostra moderna rete elettrica. Sono macchine silenziose, affidabili e invisibili.

Forse la sua invenzione più famosa è la bobina di Tesla, uno strumento che produce splendidi archi volanti di energia elettrica. È stato inventato da Tesla nel tentativo di trasmettere elettricità in modalità wireless.

Trasformatore in azione

I principi alla base della bobina di Tesla sono relativamente semplici. Tieni presente che la corrente elettrica è il flusso di elettroni, mentre la differenza di potenziale elettrico (tensione) tra due luoghi è ciò che spinge quella corrente. La corrente è come l’acqua e la tensione è come una collina. Una grande tensione è una ripida collina, lungo la quale un flusso di elettroni può fluire rapidamente. Una piccola tensione è come una pianura quasi piatta senza quasi nessun flusso d’acqua.

La potenza della bobina di Tesla risiede in un processo chiamato induzione elettromagnetica. È qui che un campo magnetico variabile crea una tensione che costringe la corrente a fluire. A sua volta, la corrente elettrica che scorre genera un campo magnetico. Quando l’elettricità scorre attraverso una bobina di filo avvolta, genera un campo magnetico che riempie l’area intorno alla bobina secondo uno schema particolare.

Allo stesso modo, se un campo magnetico scorre attraverso il centro di un filo a spirale, nel filo viene generata una tensione che fa fluire una corrente elettrica.

La tensione generata in una bobina di filo da un campo magnetico attraverso il suo centro aumenta con il numero di spire del filo. Un campo magnetico variabile all’interno di una bobina di 50 giri genererà dieci volte la tensione di una bobina di soli cinque giri. (Tuttavia, meno corrente può effettivamente fluire attraverso il potenziale più alto, per risparmiare energia.)

Questo è esattamente il modo in cui funziona un comune trasformatore elettrico a corrente alternata (AC), che si trova in ogni casa. La corrente elettrica costantemente fluttuante che fluisce dalla rete elettrica viene avvolta attraverso una serie di spire attorno ad un anello di ferro per generare un campo magnetico. Il ferro è magneticamente permeabile, quindi il campo magnetico è quasi interamente contenuto nel ferro. L’anello guida il campo magnetico attorno e attraverso il centro della bobina di filo opposta.

Il rapporto tra le bobine da un lato e l’altro determina la variazione di tensione. Per passare da una tensione di parete domestica di 120 V a, ad esempio, 20 V per l’uso in un adattatore di alimentazione per laptop, il lato di uscita della bobina avrà sei volte meno giri per ridurre la tensione a un sesto del suo livello originale.

Come rotola la bobina

Le bobine di Tesla fanno la stessa cosa, ma con un cambiamento di tensione molto più drammatico. In primo luogo, utilizzano un trasformatore con nucleo in ferro ad alta tensione prefabbricato per passare da una corrente di parete di 120 V a circa 10.000 V. Il filo con 10.000 volt è avvolto in una grande bobina (primaria) con solo una manciata di giri. La bobina secondaria contiene migliaia di giri di filo sottile. Questo aumenta la tensione tra 100.000 e 1.000.000 di volt. Questo potenziale è così forte che il nucleo di ferro di un normale trasformatore non può contenerlo. Invece, c’è solo aria tra le bobine.

La bobina di Tesla richiede un’altra cosa: un condensatore per immagazzinare la carica e sparare tutto in un’unica enorme scintilla. Il circuito della bobina contiene un condensatore e un piccolo foro chiamato spinterometro. Quando la bobina è accesa, l’elettricità scorre attraverso il circuito e riempie il condensatore di elettroni, come una batteria. Questa carica crea il proprio potenziale elettrico nel circuito, che tenta di superare lo spinterometro. Questo può accadere solo quando una grande quantità di carica si è accumulata nel condensatore.

Alla fine si è accumulata così tanta carica da abbattere la neutralità elettrica dell’aria nel mezzo dello spinterometro. Il circuito si chiude per un fugace secondo e un’enorme quantità di corrente esce dal condensatore e attraverso le bobine. Questo produce un campo magnetico molto forte nella bobina primaria.

La bobina del filo secondario utilizza l’induzione elettromagnetica per convertire questo campo magnetico in un potenziale elettrico così alto da poter rompere facilmente le molecole d’aria alle sue estremità e spingere i loro elettroni in archi selvaggi, producendo enormi scintille viola. La cupola sulla parte superiore del dispositivo agisce per far sì che la bobina secondaria dei fili riceva più completamente energia dalla prima bobina. Con alcuni accurati calcoli matematici, la quantità di energia elettrica trasferita può essere massimizzata.

Stelle filanti di elettroni blu volanti fluiscono dalla bobina e attraverso l’aria calda alla ricerca di un punto di atterraggio conduttivo. Riscaldano l’aria e la rompono in un plasma di filamenti di ioni luminosi prima di dissiparsi nell’aria o salire in un conduttore vicino.

Viene generato un tremendo spettacolo di luci, oltre a un forte ronzio e crepitio, che può essere utilizzato per riprodurre musica. Le rappresentazioni teatrali elettriche sono così sbalorditive che Tesla era noto per usare il suo dispositivo per spaventare e ipnotizzare i visitatori del suo laboratorio.

Tesla potrebbe non aver inventato una fonte di energia illimitata, che era uno dei suoi obiettivi, ma ha progettato una macchina brillante per dimostrare la pura potenza e la bellezza dell’elettricità.