El misterio de las centellas (1327)

PRODUCCIÓN DE BOLAS DE FUEGO A PARTIR DE UNA BOBINA TESLA

Por James F. Corum y Kenneth L. Corum

Electric Spacecraft Journal

5 de agosto de 2003

Número de páginas): 20-22

James y Kenneth Corum buscaron en el registro histórico pistas sobre cómo Tesla pudo generar bolas de fuego a pedido. Descubrieron que la operación de dos bobinas de frecuencia diferente colocadas dentro del primario lo hizo posible. También encontraron que las partículas metálicas o de carbono en el aire mejoraban el efecto.1

Con curiosidad por saber por qué tan pocos enrolladores de Tesla habían visto bolas de fuego cuando Tesla las informó como un hecho común, y a veces casi amenazante, Kenneth y James Corum examinaron fotografías publicadas con las notas de Colorado Springs2 de Tesla y en el archivo del Museo Tesla en Belgrado. Su investigación reveló que su aparato experimental no había emulado exactamente la configuración de Tesla tal como aparecía en numerosas fotografías y diagramas. Quizás la característica más importante que se pasó por alto fue el entorno de múltiples resonadores por una sola bobina primaria. (Ver Fig. 1.) Otra característica que favoreció la producción de bolas de fuego fue la adición de un cable puntiagudo al terminal superior de la bobina adicional.

Diseño de sistemas

La Figura 2 muestra la configuración experimental revisada de Corum. Tesla patentó este concepto en 1897 y patentó una aplicación de comunicaciones relacionada unos años más tarde. El diseño consta de dos resonadores helicoidales de un cuarto de onda diferente, conectados a una tierra común. Ambos están encerrados por dos vueltas de una bobina primaria que los acopla magnéticamente a un oscilador de chispa. El oscilador funcionaba a 58 Hz con una potencia máxima de alrededor de 70 kW. Configurado para funcionar a una frecuencia de 800 Hz, generó chispas que duraron 100 µs. Solo se entregaron al circuito alrededor de 3.2 kW de potencia, desde 2.4 MV RF, que es una centésima parte de lo que Tesla estaba usando. Cuando está en funcionamiento, el sistema impulsa de forma síncrona RF de alta potencia a las bobinas.

En su investigación, los Corum notaron que la bobina secundaria funciona en dos modos alternos durante el funcionamiento de la bobina Tesla. (Ver Fig. 2.)3 Mientras la bobina primaria está chispeando; es decir, el circuito está cerrado, el secundario opera en un régimen que puede modelarse usando análisis de circuito de elementos agrupados. Esto se caracteriza por latidos, a partir de la superposición de oscilaciones de ambas bobinas, en una traza de corriente frente a tiempo. Por encima de un nivel crítico de acoplamiento magnético, la traza basada en frecuencia se caracteriza por dos picos de voltaje, donde el tiempo entre picos disminuye con un acoplamiento más estrecho.

Figura 1 Configuración para generar relámpagos en forma de bola con bobinas múltiples circundantes primarias.

Figura 2 Oscilograma de la forma de onda y espectros transitorios del resonador. Tenga en cuenta que la chispa primaria conduce solo durante la respuesta de tiempo temprano.

Cuando se extingue la chispa a través del espacio primario, el secundario pasa a un régimen en el que se comporta como un resonador helicoidal de cuarto de onda, lo que requiere un análisis de circuito de elementos distribuidos. Este modo se caracteriza por una única onda estacionaria que oscila a la frecuencia natural del secundario. En este régimen, el secundario se puede modelar con precisión como una línea de transmisión simple para mostrar cómo incluso las configuraciones construidas de manera informal pueden aumentar el voltaje por lo menos de diez a cincuenta veces.

El voltaje máximo, en la parte superior de la bobina, es simplemente el producto del voltaje inducido y el VSWR, y el aumento logrado al aplicar una buena ingeniería para aumentar el VSWR supera con creces cualquier ganancia obtenible al cambiar a un mejor oscilador de alta potencia. Básicamente, las mismas medidas que se aplicarían para mejorar la salida de una antena vertical cargada en la parte superior también se pueden aplicar a un transformador resonante. La única diferencia significativa es que las bobinas de Tesla son lo suficientemente cortas como para hacer que la resistencia a la radiación sea insignificante.

Los Corum dan fe de que se puede lograr un buen diseño simplemente siguiendo las instrucciones de Tesla reiteradas en numerosas divulgaciones públicas. Mientras que los datos de Tesla de los experimentos pertinentes indican que estaba operando sus bobinas como resonadores de un cuarto de onda, los Corum han descubierto que la mayoría de las bobinadoras de Tesla hacen funcionar las suyas «como motores alternativos con poca sincronización». Los beneficios máximos se pueden lograr simplemente (1) haciendo que la duración de la chispa sea compatible con los coeficientes de acoplamiento del aparato y (2) previniendo las pérdidas del resonador, principalmente causadas por el uso de demasiadas vueltas y/o un calibre de cable demasiado alto.

Los Corum sintonizaron su circuito de modo que, en el modo de resonador distribuido, la bobina de frecuencia más baja produjera un voltaje máximo de 2.4 MV en su frecuencia de resonancia, 67 kHz; y la bobina de frecuencia más alta, 200 kV a 156 kHz. El tiempo de coherencia para cada resonador, o el tiempo necesario para establecer una onda estacionaria tras la extinción de la chispa primaria, fue, respectivamente, 72 µs y 30 µs.

Resultados

Los Corum utilizaron dos variaciones de su configuración para producir consistentemente bolas de fuego, y sus resultados coincidieron con las observaciones y explicaciones de Tesla. Se puede utilizar una cita de Tesla para explicar las observaciones de los Corum al operar la configuración como se ilustra:

Las bolas de fuego son el resultado de la interacción de dos frecuencias, una onda de frecuencia más alta perdida impuesta a las oscilaciones de frecuencia más baja del circuito principal… A medida que la oscilación libre se acumula desde el punto cero hasta el nodo de un cuarto de longitud de onda, pasa a través de varios cambios de velocidades. En una corriente de longitud de onda más corta, las tasas de cambio serán más pronunciadas, … [y] se puede usar un segundo oscilador para transmitir una corriente de longitud de onda más corta… Cuando las dos corrientes reaccionan entre sí, el complejo resultante será contenido una ola en la que hay una tasa de cambio extremadamente pronunciada, y durante el más breve instante las corrientes pueden moverse a una velocidad tremenda, a razón de millones de caballos de fuerza…4

En los experimentos de los Corum, la energía salió disparada del extremo puntiagudo de los resonadores de baja frecuencia a través de serpentinas y burbujas. Después de observar, fotografiar y grabar en video la generación de estas burbujas en numerosas ocasiones, los Corum estaban bien capacitados para hacer generalizaciones sobre su apariencia y evolución. En términos generales, las burbujas aparecerían primero como nódulos, de menos de un centímetro de diámetro, en algún lugar a lo largo de una serpentina. Estos nódulos se deslizarían lentamente a lo largo de la serpentina, alejándose de la bobina del resonador. En algún momento, se fijarían en el espacio y aumentarían en luminosidad a medida que la serpentina se desvaneciera. Las serpentinas posteriores parecen ser atraídas por las bolas, y con cada golpe sucesivo de las serpentinas, las bolas crecen en intensidad luminosa. Sin rayos de refuerzo,

Las bolas de fuego generadas por este medio pueden ser esféricas o toroidales. De acuerdo con los comentarios de las notas de Tesla, suelen tener entre 1 y 3 cm de diámetro y, a menudo, son más grandes. Los Corum observaron bolas de fuego de una variedad de colores que abarcaban el espectro visible, y pronto notaron que su desarrollo seguía una secuencia similar a la de Hertzprung-Russell. Comenzando como enanas rojas, las bolas cambian de color y tamaño hasta que alcanzan una etapa gigante de color blanco azulado. Si no explotan, como las novas, degeneran al estado de gigante roja y se desvanecen. Al igual que con las estrellas, el color de las bolas de fuego es probablemente una indicación de la temperatura de su plasma. Continuando con la analogía estelar, los casos de manchas solares giratorias y comportamiento de púlsar no eran infrecuentes.

Un poco de contaminación del aire contribuyó en gran medida a aumentar la cantidad de bolas de fuego observadas. Se han generado niveles apropiados de humo colocando una vela encima del resonador de baja frecuencia o, en la época de Tesla, siguiendo su recomendación de sujetar un cable aislado con goma cerca del resonador. La idea de que el carbono, un elemento común en la cera, la parafina y el caucho anticuado, es importante, si no esencial, para la formación de bolas de fuego, se ve reforzada por relatos históricos de centellas que ocurren alrededor de chimeneas y volcanes en erupción. Las investigaciones indican que la producción de bolas de fuego es un proceso electroquímico de varios pasos, y el carbono parece incubar bolas de fuego microscópicas ya existentes a tamaños observables. La vaporización de metales en el extremo del resonador puede producir el mismo efecto.

Los Corum pronto se dieron cuenta de que si inyectaban partículas en el aire en el entorno experimental, podrían crear bolas de fuego con una sola bobina resonadora. Esto llevó a la conclusión de que la generación de bolas de plasma se optimiza mediante la descarga rápida de un campo eléctrico de 1-2 MV/m a través de una niebla densa de carbón o partículas metálicas. En una segunda configuración, solo se empleó la bobina de baja frecuencia y se depositó una película de carbono en su terminal de alto voltaje. Durante el funcionamiento, la corriente calentó resistivamente el carbón y la pérdida de potencia asociada creó rápidamente una región de baja impedancia en el electrodo, donde se observaron serpentinas y bolas de fuego como antes.

Figura 3 – Bola de fuego fotografiada en los experimentos de Corum.

El siguiente paso fue ver si las bolas de fuego generadas artificialmente se comportaban de acuerdo con los relatos de encuentros con bolas de rayos. En un escenario notable, los Corum querían ver si las bolas de fuego atravesaban el cristal de una ventana, como afirman muchos testigos. Usando el circuito de dos resonadores, generaron una plétora de bolas de fuego, que de hecho parecían atravesar el cristal; hasta que se escudriñe con fotografía stop-frame. Mientras que en tiempo real, las bolas de fuego parecían atravesar el cristal; en el video stop-frame, nuevas bolas de fuego parecían formarse en el lado opuesto de la ventana, cuando las golpeaba una serpentina, mientras las viejas se desvanecían. Los Corum especularon que las bolas de fuego rara vez se ven en la naturaleza porque las serpentinas de los rayos normalmente se generan en algún lugar de las nubes.

Figura 4 – Se forman múltiples bolas de fuego en una sola serpentina.

Hasta ahora, los dos métodos descritos anteriormente son los únicos medios conocidos de generar repetidamente una centella artificial bajo demanda. El conocimiento de los Corum de la teoría de la línea de transmisión de onda lenta, aplicado a la extensa documentación de Tesla sobre la producción de bolas de plasma, condujo no solo al redescubrimiento de esta técnica, sino también a la primera explicación científica creíble del proceso. Una vez más, Tesla ha demostrado tener razón; especificó las condiciones necesarias y suficientes para que la generación de bolas de fuego artificiales sea una descarga de alta potencia capaz de calentar las partículas en el aire hasta la incandescencia.

Notas

K. L. Corum and J. F. Corum, «The Experimental Generation of Ball Lightning by Means of High Voltage RF Discharges,» Recent Studies of Ball Lightning, ed. S. Singer (Berlin: Springer-Verlag, in press).

Nikola Tesla, Colorado Springs Notes 1899-1900, ed. by Aleksander Marincic (Beograd, Yugoslavia: Nolit, 1978), 367-370, 372-374, 379, 381, 384-387,392-393.

J.A. Fleming and G. B. Dyke, «Some Resonance Curves Taken with Impact and Spark Ball Discharges,» in Proceedings of the Physical Society 23 (London, Feb. 1911): 136-146. (See comments by W. H. Eccles, p. 144.)

K. L. Corum and J. F. Corum, Nikola Tesla as quoted in «High Voltage RF Ball Lightning Experiments and Electrochemical Fractal Clusters,» Soviet Physics Uspekhi 160, no. 4 (April 1990): 47-58.

https://teslauniverse.com/nikola-tesla/articles/fireball-production-tesla-coil