Construindo uma
Bobina de Ruhmkorff
(Ruhmkorff coil using automotive coil parts)
Bobinas
de Ruhmkorff
foram as sucessoras das máquinas eletrostáticas na
maioria dos experimentos de laboratório no final do
século 19. Naquela época estas eram a forma de obter alta
tensão de maneira independente das condições
ambientais (que são o problema das máquinas
eletrostáticas - em dia úmido elas funcionam mal ou
não funcionam). Muitas descobertas foram feitas e teorias
testadas usando estas bobinas, podendo-se citar como exemplo os
experimentos com tubos de Crookes (para a observação das
linhas espectrais emitidas por gases que levaram à
formulação de novas teorias sobre a matéria) ou os
experimentos com ondas eletromagnéticas (ondas de rádio)
como os feitos pelo nosso padre Landell de Moura. Aparelhos de raios X
(Röentgen) também eram usados alimentados por grandes
bobinas de Ruhmkorff no principio do século XX.
As bobinas de ignição automotivas são bobinas de Ruhmkorff que nos automóveis mais antigos usavam um obturador mecânico ("platinado") e nos veículos modernos tem um transistor de chaveamento (bipolar ou MOSFET). De acordo com os catálogos que encontrei estas bobinas geram entre 25 e 35 kV e existem basicamente em duas versões: com isolante sólido ou embebidas em óleo, sendo esta segunda a mais adequada para esta montagem que fiz por causa da facilidade de retirar seu interior.
As bobinas de ignição automotivas são bobinas de Ruhmkorff que nos automóveis mais antigos usavam um obturador mecânico ("platinado") e nos veículos modernos tem um transistor de chaveamento (bipolar ou MOSFET). De acordo com os catálogos que encontrei estas bobinas geram entre 25 e 35 kV e existem basicamente em duas versões: com isolante sólido ou embebidas em óleo, sendo esta segunda a mais adequada para esta montagem que fiz por causa da facilidade de retirar seu interior.
Principio de funcionamento
As bobinas de Ruhmkorff
são dispositivos simples que se baseiam no fato de que um
indutor submetido a um campo magnético que lhe é
subtamente retirado gera em seus extremos uma tensão elevada
devido à rapida variação deste campo.
Talvez a maior dificuldade em construir um dispositivo deste tipo seja o enrolamento do secundário devido à isolação e numero de espiras. O secundário de uma bobina pequena deve ter pelo menos 15 mil espiras, o que requer o uso de um fio de bitola muito pequena, que se rompe facilmente; a forma aonde este enrolamento é realizado deve ser setorizada, por causa do elevado potencial elétrico. Eu tentei construir uma bobina partindo do zero, mas os resultados foram desanimadores - com material doméstico consegui construir uma que dava faíscas de menos de 1 mm e em seguida furou seu dielétrico.
Talvez a maior dificuldade em construir um dispositivo deste tipo seja o enrolamento do secundário devido à isolação e numero de espiras. O secundário de uma bobina pequena deve ter pelo menos 15 mil espiras, o que requer o uso de um fio de bitola muito pequena, que se rompe facilmente; a forma aonde este enrolamento é realizado deve ser setorizada, por causa do elevado potencial elétrico. Eu tentei construir uma bobina partindo do zero, mas os resultados foram desanimadores - com material doméstico consegui construir uma que dava faíscas de menos de 1 mm e em seguida furou seu dielétrico.
Foto da minha primeira bobina, que funcionou mal.
Pesquisando descobri que
o problema estava relacionado com o formato do enrolamento. Por causa
da alta tensão desenvolvida, é necessário
setorizar o enrolamento do secundário em várias
seções, dividindo assim o potencial. É isto que
é feito nas bobinas de ignição de
automóveis.
Construí então uma bobina de Ruhmkorff a partir de material que obtive desmontando um par de bobinas de ignição de automóvel banhada a óleo. Esta bobina eu adquiri novas por R$ 20,00 (aprox. U$ 10,00) e pouparam-me um enorme trabalho enrolando o secundário. também adquiri um capacitor à oleo, destes usados em distribuidores de carro com platinado, de 0,2 microfarads e 600 volts de isolação, que é colocado em paralelo com os terminais do vibrador da bobina.
As fotos a seguir mostram como isto foi feito. Serrei a bobina de automóvel junto a seus terminais com cuidado e armazenei o óleo isolante de seu interior para uso posterior. Desmontar a bobina é fácil , uma vez que em função do emprego de óleo como isolante nenhuma cola ou resina é empregada na sua construção. É importante observar que as bobinas melhores tem como isolante material sólido, o que torna praticamente impossível desmontar estas bobinas sem danificar o enrolamento secundário, daí o porque de usar a versão refrigerada a óleo.
Construí então uma bobina de Ruhmkorff a partir de material que obtive desmontando um par de bobinas de ignição de automóvel banhada a óleo. Esta bobina eu adquiri novas por R$ 20,00 (aprox. U$ 10,00) e pouparam-me um enorme trabalho enrolando o secundário. também adquiri um capacitor à oleo, destes usados em distribuidores de carro com platinado, de 0,2 microfarads e 600 volts de isolação, que é colocado em paralelo com os terminais do vibrador da bobina.
As fotos a seguir mostram como isto foi feito. Serrei a bobina de automóvel junto a seus terminais com cuidado e armazenei o óleo isolante de seu interior para uso posterior. Desmontar a bobina é fácil , uma vez que em função do emprego de óleo como isolante nenhuma cola ou resina é empregada na sua construção. É importante observar que as bobinas melhores tem como isolante material sólido, o que torna praticamente impossível desmontar estas bobinas sem danificar o enrolamento secundário, daí o porque de usar a versão refrigerada a óleo.
Sequência de desmontagem da bobina de ignição de
automóvel. O óleo foi guardado para uso posterior.
Na foto da esquerda pode-se observar o formato do enrolamento. São dois conjuntos que usei colocados em série, para aumentar a tensão de saída.
A resistencia ohmica destes dois enrolamentos em sére que compõem a minha bobina totalizam aproximadamente 15 kohms (!). A montagem está documentada nas fotos. O primário consistiu de 3 erolamentos de fio bitola 21 AWG cada um com 300 espiras sobrepostas e ligados em paralelo. A resistência elétrica do conjunto em paralelo ficou em aproximadamente 6 ohms. Os enrolamentos foram selados com fita isolante líquida (uma especie de piche preto) que adquiri em uma ferragem e que é dita como sendo capaz de suportar até 6,5 kV.
Aparencia do conjunto montado no interior do cano de pvc e depois com a tampa de pvc recortada para permitir a
passagem do núcleo de ferro para fora da bobina.
O vibrador usado foi construido com peças de relés velhos, isto aproveita o metal duro (platina) e aumenta a vida dos contatos.
O vibrador usado foi construido com peças de relés velhos, isto aproveita o metal duro (platina) e aumenta a vida dos contatos.
Vista dos elementos de latão com os quais foi montado o vibrador da bobina.
O vibrador em detalhe. O parafuso serve para otimizar a faísca.
A bobina em teste. Após a montagem a mesma foi preenchida
com o óleo isolante retirado das bobinas de carro, e o furo por
onde o óleo foi aplicado foi selado com adesivo araldite. No
lado externo apliquei fita isolante líquida (negra) que auxilia
a manter tudo bem isolado da umidade.
Desempenho:
Com 12 volts aplicados consegui faíscas de 2,5 cm de comprimento. usando-se a regra dos 0,7 mm por kV, a tensão obtida deve ficar em cerca de 35 kV, o que não é muito, considerando que usei dois enrolamentos secundários em série. Atribuo este relativamente baixo desempenho à pouca quantidade de espiras do secundário nas bobinas que usei, que eram de baixa qualidade. De toda a maneira, minha bobina de Ruhmkorff funcionou e servirá para algumas de minhas aulas de física.
Com 12 volts aplicados consegui faíscas de 2,5 cm de comprimento. usando-se a regra dos 0,7 mm por kV, a tensão obtida deve ficar em cerca de 35 kV, o que não é muito, considerando que usei dois enrolamentos secundários em série. Atribuo este relativamente baixo desempenho à pouca quantidade de espiras do secundário nas bobinas que usei, que eram de baixa qualidade. De toda a maneira, minha bobina de Ruhmkorff funcionou e servirá para algumas de minhas aulas de física.
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