Imagine a un hombre solitario, chorreando sudor toda la noche en un laboratorio oscuro, iluminado sólo por chispas crepitantes que saltan de enormes máquinas y le dan un brillo púrpura en la cara. Este es Nikola Tesla, el arquetipo del científico loco. Sus inventos llenan el mundo que nos rodea; son instrumentales para nuestra moderna red eléctrica. Son máquinas silenciosas, fiables e invisibles.
Pero, quizás su invento más famoso es la bobina de Tesla (ver foto arriba), el artilugio que produce hermosos arcos voladores de energía eléctrica. ¿Cómo funciona esa cosa?
Los principios detrás de la bobina de Tesla son relativamente simples. Sólo hay que tener en cuenta que la corriente eléctrica es el flujo de electrones, mientras que la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre dos lugares es lo que empuja esa corriente. La corriente es como el agua, y el voltaje es como una colina. Un gran voltaje es una colina empinada, por la que fluirá un flujo de electrones. Un voltaje pequeño es como una llanura casi plana con casi ningún flujo de agua.
El poder de la bobina de Tesla reside en un proceso llamado inducción electromagnética, es decir, un campo magnético cambiante crea un potencial eléctrico que obliga a la corriente a fluir. A la inversa, la corriente eléctrica que fluye genera un campo magnético. Cuando la electricidad fluye a través de una bobina de alambre enrollado, genera un campo magnético que llena el área alrededor de la bobina en un patrón particular, que se muestra con líneas abajo:
De manera similar, si un campo magnético fluye a través del centro de un cable enrollado, se genera un voltaje en el cable, lo que hace que fluya una corriente eléctrica.
El potencial eléctrico («colina») generado en una bobina de alambre por un campo magnético a través de su centro aumenta con el número de vueltas del alambre. Un campo magnético cambiante dentro de una bobina de 50 vueltas generará diez veces el voltaje de una bobina de sólo cinco vueltas. (Sin embargo, en realidad puede fluir menos corriente a través del potencial más alto, para conservar la energía).
Así es exactamente como funciona un transformador eléctrico de corriente alterna común, que se encuentra en todos los hogares. La constante fluctuación de la corriente eléctrica que fluye desde la red eléctrica se enrolla a través de una serie de vueltas alrededor de un anillo de hierro para generar un campo magnético. El hierro es magnéticamente permeable, por lo que el campo magnético está casi totalmente contenido en el hierro. El anillo guía el campo magnético (en verde abajo) alrededor y a través del centro de la bobina de alambre opuesta.
La relación de las bobinas de un lado a otro determina el cambio de voltaje. Para pasar de un voltaje de pared de 120 V a, digamos, 20 V para el uso en un adaptador de corriente de una computadora portátil, el lado de salida de la bobina tendrá 6 veces menos vueltas para cortar el voltaje a un sexto de su nivel original.
Las bobinas de Tesla hacen lo mismo, pero con un cambio mucho más dramático en el voltaje. Primero, emplean un transformador de núcleo de hierro de alto voltaje prefabricado para pasar de una corriente de pared de 120 V a aproximadamente 10.000 V. El cable con 10.000 voltios se envuelve en una bobina muy grande (primaria) con sólo un puñado de vueltas. La bobina secundaria contiene miles de vueltas de alambre delgado. Esto aumenta el voltaje a entre 100.000 y un millón de voltios. Este potencial es tan fuerte que el núcleo de hierro de un transformador normal no puede contenerlo. En su lugar, sólo hay aire entre las bobinas, lo que se puede ver en una bobina de Tesla abajo:
La bobina de Tesla requiere una cosa más: un condensador para almacenar la carga y dispararla todo en una enorme chispa. El circuito de la bobina contiene un condensador y un pequeño agujero llamado chispa. Cuando la bobina se enciende, la electricidad fluye a través del circuito y llena el condensador con electrones, como una batería. Esta carga crea su propio potencial eléctrico en el circuito, que trata de tender un puente a través del espacio de chispa. Esto sólo puede suceder cuando una gran cantidad de carga se ha acumulado en el condensador.
Eventualmente se ha acumulado tanta carga que rompe la neutralidad eléctrica del aire en el medio del espacio de chispa. El circuito se cierra por un fugaz segundo y una enorme cantidad de corriente sale del condensador y atraviesa las bobinas. Esto produce un campo magnético muy fuerte en la bobina primaria.
La bobina de alambre secundaria utiliza la inducción electromagnética para convertir este campo magnético en un potencial eléctrico tan alto que puede separar fácilmente las moléculas de aire en sus extremos y empujar sus electrones en salvajes arcos, produciendo enormes chispas púrpuras. La cúpula en la parte superior del dispositivo actúa para hacer que la bobina secundaria de cables reciba la energía más plenamente de la primera bobina. Con algunos cálculos matemáticos cuidadosos, la cantidad de energía eléctrica transferida puede ser maximizada.
Serpentinas azules de electrones fluyen de la bobina y a través del aire caliente buscando un lugar de aterrizaje conductivo. Calientan el aire y lo rompen en un plasma de filamentos iónicos brillantes antes de disiparse en el aire o de surgir en un conductor cercano.
Se genera un tremendo espectáculo de luces, así como un fuerte zumbido, un sonido crepitante, que puede ser usado para tocar música. El teatro eléctrico es tan impresionante que Tesla era conocido por usar su dispositivo para asustar y cautivar a los visitantes de su laboratorio.
Tesla puede que no haya inventado un rayo de la muerte o un poder infinito libre, pero diseñó una máquina simple pero brillante para demostrar el poder y la belleza de la electricidad.
