Historia de la bobina de Tesla

El transformador resonante excitado por chispa de Henry Rowland de 1889, ^{[ 1 ]} un precursor de la bobina de Tesla. ^{[ 2 ]}

Pasos en el desarrollo del transformador de Tesla alrededor de 1892. ^{[ 3 ]} (1) Transformadores de núcleo cerrado utilizados a bajas frecuencias, (2-7) reorganización de los devanados para menores pérdidas, (8) núcleo de hierro eliminado, (9) núcleo parcial, (10-11) transformador cónico final de Tesla, (12-13) circuitos de bobina de Tesla

Nikola Tesla patentó el circuito de la bobina de Tesla el 25 de abril de 1891. ^{[ 4 ] [ 5 ]} y lo demostró públicamente por primera vez el 20 de mayo de 1891 en su conferencia "Experimentos con corrientes alternas de muy alta frecuencia y su aplicación a métodos de iluminación artificial" ante el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos en Columbia College , Nueva York. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} Aunque Tesla patentó muchos circuitos similares durante este período, este fue el primero que contenía todos los elementos de la bobina de Tesla: transformador primario de alto voltaje, condensador, descargador de chispa y "transformador de oscilación" de núcleo de aire.

Desde la época de Tesla hasta la década de 1930, las bobinas de Tesla se utilizaron ampliamente en transmisores de radio , electroterapia pseudocientífica y experimentos de transmisión inalámbrica de energía , y más recientemente en películas y el mundo del espectáculo.

Primer dibujo del circuito de la bobina de Tesla de la patente de Tesla del 25 de abril de 1891. ^{[ 5 ]}

Dibujo del circuito de la bobina de Tesla de la conferencia que Tesla impartió el 20 de mayo de 1891 en el Columbia College de Nueva York. ^{[ 6 ]}

La bobina de Tesla de Elihu Thomson, publicada en febrero de 1892, es idéntica a la de Tesla excepto por una chispa de aire comprimido (J) . ^{[ 9 ]}

Durante la Revolución Industrial, la industria eléctrica explotó la corriente continua (CC) y la corriente alterna (CA) de baja frecuencia , pero se sabía poco sobre las frecuencias superiores a 20 kHz, lo que ahora se denomina radiofrecuencias . En 1887, cuatro años antes, Heinrich Hertz había descubierto las ondas hertzianas ( ondas de radio ), ondas electromagnéticas que oscilaban a frecuencias muy altas. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} Esto atrajo mucha atención, y varios investigadores comenzaron a experimentar con corrientes de alta frecuencia. 

La formación de Tesla se centraba en el nuevo campo de los sistemas de energía de corriente alterna , por lo que comprendía los transformadores y la resonancia. ^{[ 11 ] [ 8 ]} En 1888 decidió que las altas frecuencias eran el campo más prometedor para la investigación y estableció un laboratorio en el número 33 de la Quinta Avenida Sur, en Nueva York, para investigarlas, repitiendo inicialmente los experimentos de Hertz.

Primero desarrolló alternadores como fuentes de corriente de alta frecuencia, pero en 1890 descubrió que estaban limitados a frecuencias de aproximadamente 20  kHz. ^{[ 8 ]} En busca de frecuencias más altas, recurrió a circuitos resonantes excitados por chispa. ^{[ 11 ]} La innovación de Tesla fue aplicar la resonancia a los transformadores. ^{[ 13 ]} Los transformadores funcionaban de manera diferente a altas frecuencias que a las bajas frecuencias utilizadas en los sistemas de potencia; el núcleo de hierro en los transformadores de baja frecuencia causaba pérdidas de energía debido a corrientes parásitas e histéresis . ^{[ 11 ]} Tesla ^{[ 3 ] [ 13 ] [ 8 ]} y Elihu Thomson ^{[ 2 ] [ 14 ] [ 15 ]} desarrollaron independientemente un nuevo tipo de transformador sin núcleo de hierro, el " transformador de oscilación ", y el circuito de bobina de Tesla para impulsarlo y producir altos voltajes.

Tesla inventó la bobina de Tesla durante sus esfuerzos por desarrollar un sistema de iluminación "inalámbrico", con bombillas de descarga de gas que brillarían en un campo eléctrico oscilante proveniente de una fuente de alimentación de alta tensión y alta frecuencia. ^{[ 11 ] [ 8 ]} Para una fuente de alta frecuencia, Tesla alimentó una bobina de Ruhmkorff ( bobina de inducción ) con su alternador de alta frecuencia . Descubrió que las pérdidas en el núcleo debido a la corriente de alta frecuencia sobrecalentaban el núcleo de hierro en la bobina de Ruhmkorff y derretían el aislamiento entre los devanados primario y secundario. Para solucionar este problema, Tesla cambió el diseño de modo que hubiera un espacio de aire en lugar de material aislante entre los devanados, e hizo que el núcleo de hierro fuera ajustable para que pudiera moverse dentro o fuera de la bobina. ^{[ 16 ]} Finalmente, descubrió que se podían producir los voltajes más altos cuando se omitía el núcleo de hierro. Tesla también descubrió que necesitaba colocar el condensador que normalmente se usa en el circuito de Ruhmkorff entre su alternador y el devanado primario de la bobina para evitar que la bobina se quemara. Ajustando la bobina y el condensador, Tesla descubrió que podía aprovechar la resonancia establecida entre ambos para lograr frecuencias aún más altas. ^{[ 17 ]} Descubrió que los voltajes más altos se generaban cuando el circuito primario "cerrado" con el condensador estaba en resonancia con el devanado secundario "abierto". ^{[ 13 ] [ 8 ]}

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  Una de las primeras bobinas de Tesla en su laboratorio de Nueva York en 1892, con una bobina secundaria cónica.
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  Prototipo de "transmisor amplificador" ^{[ 18 ] [ 19 ]} en el laboratorio de Tesla en Nueva York alrededor de 1898, que producía 2,5 millones de voltios. La bobina secundaria redonda en forma de "telaraña" es visible al fondo.
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  Bobina compacta diseñada por Tesla para su uso como generador de ozono para el tratamiento de agua ^{[ 20 ].}

Tesla no fue el primero en inventar este circuito. ^{[ 21 ] [ 15 ]} Henry Rowland construyó un circuito transformador resonante excitado por chispa (arriba) en 1889 ^{[ 2 ]} y Elihu Thomson había experimentado con circuitos similares en 1890, incluyendo uno que podía producir chispas de 64 pulgadas (1,6 m), ^{[ 9 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 1 ]} y otras fuentes confirman que Tesla no fue el primero. ^{[ 14 ] [ 24 ] [ 15 ]} Sin embargo, fue el primero en ver aplicaciones prácticas para él y patentarlo. Tesla no realizó análisis matemáticos detallados del circuito, confiando en cambio en prueba y error y su comprensión intuitiva de la resonancia. ^{[ 8 ]} Incluso se dio cuenta de que la bobina secundaria funcionaba como un resonador de cuarto de onda ; especificó que la longitud del cable en la bobina secundaria debe ser un cuarto de longitud de onda en la frecuencia de resonancia. ^{[ 25 ] [ 8 ]} Los primeros análisis matemáticos del circuito fueron realizados por Anton Oberbeck (1895) ^{[ 26 ] [ 15 ]} y Paul Drude (1904). ^{[ 27 ] [ 4 ]}

Un showman carismático y autopromotor, en 1891-1893 Tesla usó la bobina de Tesla en dramáticas conferencias públicas demostrando la nueva ciencia de la electricidad de alto voltaje y alta frecuencia. ^{[ 28 ]} Las corrientes eléctricas de CA de radiofrecuencia producidas por una bobina de Tesla no se comportaban como la corriente CC o la corriente CA de baja frecuencia con la que los científicos de la época estaban familiarizados. En conferencias en Columbia College el 20 de mayo de 1891, ^{[ 6 ]} sociedades científicas en Gran Bretaña y Francia durante una gira de conferencias europea en 1892, ^{[ 30 ]} el Instituto Franklin , Filadelfia en febrero de 1893, y la Asociación Nacional de Luz Eléctrica , San Luis en marzo de 1893, ^{[ 31 ]} impresionó a las audiencias con espectaculares descargas de cepillo y serpentinas , calentó hierro por calentamiento por inducción , demostró que la corriente de RF podía pasar a través de aislantes y ser conducida por un solo cable sin un camino de retorno, y alimentó bombillas y motores sin cables. ^{[ 29 ] [ 28 ]} Demostró que las corrientes de alta frecuencia a menudo no causaban la sensación de descarga eléctrica , aplicando cientos de miles de voltios a su propio cuerpo, ^{[ 32 ] [ 28 ]} haciendo que su cuerpo se iluminara con una descarga de corona brillante en la habitación oscura. Estas conferencias presentaron el "oscilador de Tesla" a la comunidad científica y lo hicieron famoso internacionalmente. ^{[ 33 ] [ 12 ]}

Bombilla (abajo) alimentada de forma inalámbrica por una bobina "receptora" sintonizada en resonancia con la enorme bobina "transmisora ​​amplificadora" en el laboratorio de Tesla en Colorado Springs, 1899. ^{[ 34 ]}

Sistema de energía inalámbrica propuesto por Tesla, según su patente de 1897. ^{[ 35 ]} El transmisor (izquierda) consta de una bobina de Tesla (A, C) que acciona un terminal capacitivo elevado (B) suspendido por un globo (D) . El receptor (derecha) es un terminal similar y un transformador resonante.

Tesla empleó la bobina de Tesla en sus esfuerzos por lograr la transmisión inalámbrica de energía , ^{[ 36 ]} su sueño de toda la vida. En el período de 1891 a 1900 la usó para realizar algunos de los primeros experimentos en energía inalámbrica, ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]} transmitiendo energía de radiofrecuencia a cortas distancias por acoplamiento inductivo entre bobinas de alambre. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]} En sus demostraciones de principios de la década de 1890, como las que realizó ante el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos ^{[ 40 ]} y en la Exposición Colombina de 1893 en Chicago, encendió bombillas desde el otro lado de una habitación. ^{[ 39 ]} Descubrió que podía aumentar la distancia usando un circuito LC receptor sintonizado a resonancia con el circuito LC de la bobina de Tesla, ^{[ 13 ]} transfiriendo energía por acoplamiento inductivo resonante . ^{[ 39 ]} En su laboratorio de Colorado Springs durante 1899-1900, utilizando voltajes del orden de 10 millones de voltios generados por su enorme bobina transmisora ​​de aumento (descrita más adelante), pudo encender tres lámparas incandescentes a una distancia de unos 100 pies (30 m) . ^{[ 34 ] [ 41 ] [ 42 ]} Hoy en día, el acoplamiento inductivo resonante descubierto por Tesla es un concepto familiar en electrónica, ampliamente utilizado en transformadores de FI y sistemas de transmisión de energía inalámbrica de corto alcance ^{[ 39 ] [ 43 ]} como las bases de carga de teléfonos celulares. 

Ahora se entiende que el acoplamiento inductivo y capacitivo son efectos de " campo cercano ", ^{[ 39 ]} por lo que no pueden usarse para la transmisión a larga distancia. ^{[ 34 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]} Sin embargo, Tesla estaba convencido de que podía desarrollar un sistema de transmisión de energía inalámbrica de largo alcance que podría transmitir energía desde las centrales eléctricas directamente a hogares y fábricas sin cables, descrito en un artículo visionario de junio de 1900 en Century Magazine ; "El problema del aumento de la energía humana". ^{[ 47 ]} Afirmó ser capaz de transmitir energía a escala mundial , utilizando un método que implicaba la conducción a través de la Tierra y la atmósfera. ^{[ 35 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 36 ] [ 50 ]} Tesla creía que toda la Tierra podía actuar como un resonador eléctrico, y que al impulsar pulsos de corriente hacia la Tierra a su frecuencia de resonancia desde una bobina de Tesla conectada a tierra con una capacitancia elevada, el potencial de la Tierra podría oscilar, creando ondas estacionarias globales , y esta corriente alterna podría recibirse con una antena capacitiva sintonizada a resonancia con ella en cualquier punto de la Tierra. ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 48 ]} Otra de sus ideas era que los terminales de transmisión y recepción podrían suspenderse en el aire mediante globos a 30 000 pies (9100 m) de altitud, donde la presión del aire es menor. ^{[ 52 ] [ 18 ] [ 35 ] [ 36 ]} A esta altitud, pensó, una capa de aire enrarecido conductor de electricidad permitiría enviar electricidad a altos voltajes (cientos de millones de voltios) a largas distancias. Tesla imaginó construir una red global de estaciones de energía inalámbrica, que llamó su " Sistema Inalámbrico Mundial ", que transmitiría información y energía eléctrica a todos en la Tierra. ^{[ 54 ]} No hay evidencia confiable de que haya transmitido cantidades significativas de energía más allá de las demostraciones de corto alcance mencionadas anteriormente. ^{[ 34 ] [ 55 ] [ 38 ] ] [ 56 ] [ 11 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}

Imagen famosa del transmisor de aumento en funcionamiento con Tesla sentado a su lado. Se trata de una fotografía con doble exposición; Tesla no se encontraba en la habitación cuando la bobina estaba en funcionamiento. ^{[ 60 ]}

Bobina en funcionamiento, a -12 millones de voltios. Se muestra la bobina "adicional" de 3 metros de diámetro. La bobina secundaria de 15,5 metros de diámetro se aprecia tenuemente al fondo, y también en la foto anterior.

Descarga de la misma bobina con un terminal capacitivo de esfera metálica.

Circuito primario, que muestra el banco de condensadores de aceite (cajas, primer plano) ,  el transformador de alimentación de 40 kV y el descargador rotatorio (parte posterior) , y parte del devanado secundario (pared, izquierda).

La enorme bobina del "transmisor amplificador" en el laboratorio de Tesla en Colorado Springs, 1899-1900, fotos del fotógrafo Dickenson Alley, diciembre de 1899. Los largos arcos que se muestran arriba no eran una característica del funcionamiento normal del transmisor porque desperdiciaban energía; para estas fotos, Tesla obligó a la máquina a producir arcos encendiendo y apagando la alimentación rápidamente. ^{[ 60 ]}

La investigación inalámbrica de Tesla requería voltajes cada vez más altos, y había alcanzado el límite de los voltajes que podía generar dentro del espacio de su laboratorio de Nueva York. Entre 1899 y 1900 construyó un laboratorio en Colorado Springs y realizó experimentos sobre transmisión inalámbrica allí. ^{[ 62 ]} Eligió esta ubicación porque allí se había introducido el sistema de distribución de energía de corriente alterna polifásica y tenía colaboradores dispuestos a proporcionarle toda la energía que necesitara sin cobrarle por ella. ^{[ 63 ]} El laboratorio de Colorado Springs tenía una de las bobinas de Tesla más grandes jamás construidas, que Tesla llamó un "transmisor amplificador" ya que estaba destinada a transmitir energía a un receptor distante. ^{[ 64 ]} Con una potencia de entrada de 300 kilovatios podía producir potenciales del orden de 10 millones de voltios, ^{[ 62 ] [ 51 ]} a frecuencias de 50–150  kHz, creando enormes "rayos" que, según se informa, alcanzaban hasta 135 pies de largo. ^{[ 65 ] [ 56 ]} Durante los experimentos, provocó una sobrecarga que destruyó el alternador de la compañía eléctrica de Colorado Springs, y Tesla tuvo que reconstruir el alternador. ^{[ 65 ]}

En el transmisor amplificador, Tesla utilizó un diseño modificado ( véase el circuito ) que había desarrollado en su laboratorio de Nueva York entre 1895 y 1898, ^{[ 66 ]} y patentado en 1902, ^{[ 67 ] [ 68 ]} distinto de sus circuitos de doble sintonización anteriores. Además de las bobinas primaria ( L1 ) y secundaria ( L2 ), tenía una tercera bobina ( L3 ) que él denominó bobina "extra", no acoplada magnéticamente a las demás, conectada al terminal superior de la secundaria. ^{[ 62 ]} Al ser impulsada por la secundaria, producía un alto voltaje adicional por resonancia , ajustándose para resonar con su propia capacitancia parásita ( C2 ) ^{[ 62 ]} El uso de una bobina resonadora alimentada en serie para generar altos voltajes fue descubierto independientemente por Paul Marie Oudin en 1893 y empleado en su bobina Oudin . ^{[ 69 ]}

El aparato de Colorado Springs consistía en un transformador Tesla de 15,5 m (51 pies  ) de diámetro, compuesto por un devanado secundario ( L2 ) de 50 vueltas de alambre grueso enrollado en una "valla" circular de madera de 2 m (6 pies  ) de altura alrededor del perímetro del laboratorio, y un primario de una sola vuelta ( L1 ) montado en la valla o enterrado en el suelo debajo de ella. ^{[ 70 ] [ 71 ]} El primario estaba conectado a un banco de condensadores de aceite ( C1 ) para formar un circuito sintonizado , con un descargador de chispa rotatorio (SG) , alimentado por 20 a 40 kilovoltios de un potente transformador elevador de la red eléctrica ( T ). La parte superior del secundario estaba conectada a la bobina "extra" o "resonadora" (L3)  de 100 vueltas y 2,4 m ( 8 pies) de diámetro en el centro de la sala. Su extremo de alto voltaje estaba conectado a una varilla telescópica de 43,6 m (143 pies) que hacía las veces de antena, con una bola metálica de 1 m (30 pulgadas) en la parte superior, la cual podía sobresalir por el techo del laboratorio. Al subir o bajar la varilla, podía ajustar la capacitancia del circuito de la bobina adicional, sintonizándola para que resonara con el resto del circuito. ^{[ 60 ]}   

La estación inalámbrica de la Torre Wardenclyffe , esencialmente una enorme bobina de Tesla concebida como prototipo de transmisor de radiotelegrafía y energía inalámbrica transatlántica, fue construida por Tesla en Shoreham, Nueva York, entre 1901 y 1902. Nunca se terminó.

Diseño en el que se basó la planta de Wardenclyffe, de la patente de Tesla de 1902 ^{[ 67 ].}

En 1901, convencido de que sus teorías inalámbricas eran correctas, Tesla, con financiación del banquero JP Morgan, comenzó la construcción de una estación inalámbrica de alto voltaje, ahora llamada Torre Wardenclyffe , en Shoreham, Nueva York . ^{[ 48 ] [ 72 ]} Aunque se construyó como una estación de radiotelegrafía transatlántica , Tesla también pretendía que transmitiera energía eléctrica sin cables como un transmisor prototipo para su propuesto " Sistema Inalámbrico Mundial ". ^{[ 64 ] [ 54 ]} Esencialmente una enorme bobina de Tesla, consistía en una central eléctrica con un generador de 400 caballos de fuerza y ​​una  torre de 57 m (187 pies) coronada por un electrodo capacitivo de cúpula metálica de 21 m (68 pies  ) de diámetro. ^{[ 64 ] [ 73 ]} El circuito que utilizó era una versión del "transmisor amplificador" que construyó en Colorado Springs (arriba) . Debajo de la superficie había un elaborado sistema de conexión a tierra que, según Tesla, era necesario para "sujetar la tierra" y crear las corrientes terrestres oscilantes que, en su opinión, transmitirían la energía.

Para 1904 sus inversores se habían retirado ^{[ 54 ]} y la instalación nunca se completó; fue demolida en 1916. ^{[ 49 ] [ 64 ]} Aunque Tesla parece haber creído que sus ideas de energía inalámbrica estaban probadas, ^{[ 56 ]} tenía un historial de hacer afirmaciones que no había confirmado mediante experimentos, ^{[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]} y no parece haber evidencia de que alguna vez transmitiera energía significativa más allá de las demostraciones de corto alcance mencionadas anteriormente. ^{[ 34 ] [ 55 ] [ 38 ] [ 56 ] [ 11 ] [ 58 ] [ 59 ] [ 57 ]} Los pocos informes de transmisión de energía a larga distancia por parte de Tesla no provienen de fuentes confiables. Por ejemplo, un mito ampliamente repetido es que en 1899 encendió inalámbricamente 200 bombillas a una distancia de 26 millas (42 km) . ^{[ 55 ] [ 56 ]} No hay confirmación independiente de esta supuesta demostración; ^{[ 55 ] [ 56 ]} Tesla no la mencionó, ^{[ 56 ]} y no aparece en sus notas de laboratorio. ^{[ 51 ] [ 77 ]} Se originó en 1944 a partir del primer biógrafo de Tesla, John J. O'Neill, ^{[ 41 ]} quien dijo que la reconstruyó a partir de "material fragmentario... en varias publicaciones". ^{[ 78 ]} 

En los 100 años transcurridos desde entonces, otros como Robert Golka ^{[ 70 ] [ 79 ] [ 80 ]} han construido equipos similares a los de Tesla, pero no se ha demostrado la transmisión de energía a larga distancia, ^{[ 81 ] [ 39 ] [ 41 ] [ 56 ]} y el consenso científico es que su sistema World Wireless no habría funcionado. ^{[ 82 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 49 ] [ 56 ] [ 75 ] [ 57 ]} Los científicos contemporáneos señalan que, si bien las bobinas de Tesla (con antenas apropiadas) pueden funcionar como transmisores de radio, transmitiendo pequeñas cantidades de energía en forma de ondas de radio , la frecuencia que utilizó, alrededor de 150  kHz, es demasiado baja para la transmisión práctica de energía a larga distancia. ^{[ 38 ] [ 56 ] [ 58 ]} A estas longitudes de onda , las ondas de radio se dispersan en todas direcciones y no pueden enfocarse en un receptor distante. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 56 ] [ 75 ]} El plan de transmisión de energía mundial de Tesla sigue siendo hoy lo que era en la época de Tesla: un sueño audaz y fascinante. ^{[ 49 ]}

Potente transmisor de chispa, que muestra descargadores de chispa en serie (objetos cilíndricos horizontales) , condensadores de botella de Leyden ( cilindros verticales, parte trasera ) y transformador resonante ( parte superior ).

Circuito transmisor de chispa de la patente de Marconi de 1900. ^{[ 83 ]} Se puede apreciar su similitud con una bobina de Tesla; la única diferencia es la adición de un inductor variable ( g ) para sintonizar la antena ( f ) a resonancia. ^{[ 84 ] [ 33 ]}

"[La bobina de Tesla] no se inventó para la comunicación inalámbrica, sino para hacer brillar lámparas de vacío sin electrodos externos, y posteriormente desempeñó un papel fundamental, en otras manos, en el funcionamiento de grandes centrales de chispa. " --William H. Eccles, 1933 ^{[ 85 ]}

Una de las aplicaciones más importantes del circuito de la bobina de Tesla se encontraba en los primeros transmisores de radio llamados transmisores de chispa . Los primeros generadores de ondas de radio, inventados por Heinrich Hertz en 1887, eran chispas conectadas directamente a antenas , alimentadas por bobinas de inducción . ^{[ 86 ] [ 87 ] [ 12 ]} Debido a que carecían de un circuito resonante , estos transmisores producían ondas de radio muy amortiguadas . Como resultado, sus transmisiones ocupaban un ancho de banda de frecuencias extremadamente amplio. Cuando varios transmisores operaban en la misma área, sus frecuencias se superponían e interferían entre sí, causando una recepción distorsionada. No había forma de que un receptor seleccionara una señal sobre otra. ^{[ 87 ] [ 86 ]}

En 1892, William Crookes , amigo de Tesla, dio una conferencia ^{[ 88 ]} sobre los usos de las ondas de radio en la que sugirió utilizar la resonancia para reducir el ancho de banda en transmisores y receptores. Mediante el uso de circuitos resonantes, diferentes transmisores podían "sintonizarse" para transmitir en distintas frecuencias. Con un ancho de banda más estrecho, las frecuencias de los transmisores ya no se superpondrían, por lo que un receptor podría recibir una transmisión específica "sintonizando" su circuito resonante a la misma frecuencia que el transmisor. ^{[ 86 ] [ 12 ] [ 84 ]} Este es el sistema utilizado en toda la radio moderna.

Con una antena de alambre apropiada, el circuito de la bobina de Tesla podría funcionar como un transmisor de radio de ancho de banda estrecho. ^{[ 89 ] [ 14 ] [ 65 ] [ 90 ]} En su conferencia de marzo de 1893 en St. Louis, ^{[ 31 ]} Tesla demostró un sistema inalámbrico que fue el primer uso de circuitos sintonizados en radio, aunque lo usó para la transmisión inalámbrica de energía, no para la comunicación por radio. ^{[ 33 ] [ 12 ] [ 91 ] [ 84 ] [ 92 ] [ 93 ]} Un transformador de Tesla sintonizado con condensador excitado por chispa conectado a tierra, unido a una antena de alambre elevada, transmitía ondas de radio, que eran recibidas al otro lado de la habitación por una antena de alambre conectada a un receptor que consistía en un segundo transformador resonante conectado a tierra sintonizado a la frecuencia del transmisor, que encendía un tubo de Geissler . ^{[ 94 ] [ 86 ] [ 84 ] [ 93 ]} Este sistema, patentado por Tesla el 2 de septiembre de 1897, ^{[ 35 ]} fue el primer uso del concepto de "cuatro circuitos" que más tarde reivindicó Guglielmo Marconi . ^{[ 95 ] [ 93 ] [ 33 ] [ 92 ]} Sin embargo, Tesla estaba principalmente interesado en la energía inalámbrica y nunca desarrolló un sistema práctico de radiocomunicación . [ ^{56 ] [ 96 ] [ 94 ] [ 86 ] Nunca} creyó que las ondas de radio pudieran usarse para la comunicación práctica, sino que se aferró a una teoría errónea de que la radiocomunicación se debía a corrientes en la Tierra. ^{[ 97 ]}

Los sistemas prácticos de comunicación por radiotelegrafía fueron desarrollados por Marconi a partir de 1895. Para 1897, se reconocieron las ventajas de los sistemas de ancho de banda estrecho (ligeramente amortiguados) señalados por Crookes, y se incorporaron circuitos resonantes, condensadores e inductores en transmisores y receptores. ^{[ 91 ]} El circuito transformador resonante "primario cerrado, secundario abierto" utilizado por Tesla demostró ser un transmisor superior, ^{[ 92 ]} porque el transformador débilmente acoplado aislaba parcialmente el circuito primario oscilante del circuito de antena que irradiaba energía, reduciendo la amortiguación, lo que le permitía producir ondas "resonantes" largas que tenían un ancho de banda más estrecho. ^{[ 15 ] [ 14 ] [ 86 ] [ 98 ]} Versiones del circuito fueron patentadas por Marconi, ^{[ 83 ] [ 92 ]} John Stone Stone ^{[ 99 ]} y Oliver Lodge , ^{[ 100 ]} y se utilizaron ampliamente en radio durante veinte años. ^{[ 12 ] [ 91 ] [ 36 ] [ 86 ] [ 84 ]} En 1906, Max Wien inventó el espacio de chispa apagado o "en serie", que extinguía la chispa después de que la energía se hubiera transferido al secundario, permitiendo que el secundario oscilara libremente después de eso, reduciendo aún más la amortiguación y el ancho de banda.

Aunque su amortiguación se había reducido al máximo, los transmisores de chispa seguían produciendo ondas amortiguadas con un ancho de banda amplio, lo que generaba interferencias con otros transmisores. Alrededor de 1920 quedaron obsoletos, siendo reemplazados por transmisores de válvulas de vacío que generaban ondas continuas a una sola frecuencia, las cuales también podían modularse para transmitir sonido. El transformador resonante de Tesla continuó utilizándose en transmisores y receptores de válvulas de vacío, y sigue siendo un componente clave de la radio hasta el día de hoy. ^{[ 101 ]}

Durante la "era de la chispa", la profesión de ingeniería de radio le dio crédito a Tesla; ^{[ 86 ]} su circuito se conoció como la "bobina de Tesla" o "transformador de Tesla". ^{[ 12 ] [ 14 ] [ 102 ]} Sin embargo, Tesla no se benefició económicamente, debido a reclamos de patentes en competencia. Marconi había reclamado derechos sobre el circuito transmisor "primario cerrado secundario abierto" en su controvertida patente inalámbrica de "cuatro circuitos" de 1900. ^{[ 83 ] [ 95 ] [ 92 ] [ 36 ] [ 84 ]} Tesla demandó a Marconi en 1915 por infracción de patente, pero no tenía los recursos para continuar con la acción. ^{[ 86 ] [ 92 ] [ 91 ] [ 36 ]} Sin embargo, en 1943, en una demanda separada presentada por la Compañía Marconi contra el gobierno de los Estados Unidos por el uso de sus patentes en la Primera Guerra Mundial, la Corte Suprema de los Estados Unidos invalidó el reclamo de patente de Marconi de 1900 sobre el concepto de "cuatro circuitos". ^{[ 103 ] [ 12 ] [ 36 ] [ 84 ] [ 104 ]} El fallo citó las patentes anteriores de Tesla, Lodge y Stone, ^{[ 86 ] [ 12 ]} pero no decidió cuál de estas partes tenía derechos sobre el circuito. ^{[ 36 ] [ 92 ] [ 84 ]} Para entonces, el asunto era irrelevante; la patente había expirado en 1915 y los transmisores de chispas hacía tiempo que estaban obsoletos.

Aunque existe cierto desacuerdo sobre el papel que desempeñó el propio Tesla en la invención de la radio, ^{[ 105 ] [ 12 ] [ 36 ] [ 104 ]} las fuentes coinciden en la importancia de su circuito en los primeros transmisores de radio. ^{[ 84 ] [ 106 ] [ 65 ] [ 90 ] [ 92 ] [ 86 ] [ 101 ]} Desde una perspectiva moderna, la mayoría de los transmisores de chispa podrían considerarse bobinas de Tesla. ^{[ 65 ] [ 89 ]}

Bobina de Tesla pequeña para electroterapia , 1905. El transformador de Tesla está sumergido en un tanque de aceite para aislarlo y evitar arcos eléctricos.

Tratamiento de efluvios en la rodilla con una bobina de Oudin (izquierda) , un transformador de alto voltaje similar a una bobina de Tesla, 1915.

Bobina de electroterapia de Tesla fabricada por Adolphe Gaiffe alrededor de 1900. El condensador primario está dentro de la caja; el descargador de chispa está montado en la parte superior.

Tratamiento del cáncer con una bobina de Oudin (izquierda) , 1910. La bobina de inducción que alimenta la bobina de Oudin se encuentra detrás de la cabeza del paciente.

Equipo combinado de electroterapia y rayos X de Tesla / D'Arsonval / Oudin, 1907.

Tratamiento de la diabetes mediante electroterapia con electrodo de vacío, 1922. En la parte frontal del aparato se aprecia el descargador en serie.

Máquina de diatermia de chispa de onda larga que utiliza el circuito de Tesla, 1921.

Diatermia del codo 1945

Varita de "rayos violeta" con electrodo de vacío en funcionamiento.

Una varita de rayos violeta , una bobina de Tesla portátil que se vendía como un dispositivo médico casero fraudulento hasta aproximadamente 1940. Se decía que curaba de todo, desde forúnculos hasta lumbago .

Tesla había observado ya en 1891 que las corrientes de alta frecuencia superiores a 100  kHz no causaban la sensación de descarga eléctrica , y de hecho, las corrientes que serían letales a frecuencias más bajas podían pasar a través del cuerpo sin daño aparente. ^{[ 108 ] [ 109 ]} Experimentó consigo mismo y afirmó que las aplicaciones diarias de alto voltaje aliviaban la depresión . ^{[ 110 ]} Fue uno de los primeros en observar el efecto de calentamiento de las corrientes de alta frecuencia en el cuerpo, la base de la diatermia . ^{[ 111 ] [ 112 ]} Durante sus demostraciones muy publicitadas de principios de la década de 1890, pasó cientos de miles de voltios a través de su cuerpo. ^{[ 32 ] [ 28 ]} Con hipérbole característica, llamó a la electricidad "el mejor de todos los médicos" ^{[ 110 ]} y sugirió enterrar cables debajo de las aulas para que su efecto estimulante mejorara el rendimiento de los escolares "apáticos". ^{[ 112 ] [ 113 ]} Tesla escribió dos artículos pioneros, en 1891 ^{[ 114 ]} y 1898 ^{[ 108 ] [ 109 ]} sobre los usos médicos de las corrientes de alta frecuencia, pero hizo poco más trabajo sobre el tema.

Algunos otros investigadores también estaban aplicando experimentalmente corrientes de alta frecuencia al cuerpo en ese momento. ^{[ 115 ] [ 116 ] [ 117 ] [ 2 ] [ 118 ]} Elihu Thomson , el coinventor de la bobina de Tesla, fue uno de ellos, por lo que en medicina la bobina de Tesla pasó a ser conocida como el "aparato de Tesla-Thomson". ^{[ 2 ]} En Francia, desde 1889, el médico y biofísico pionero Jacques d'Arsonval había estado documentando los efectos fisiológicos de la corriente de alta frecuencia en el cuerpo, y había hecho los mismos descubrimientos que Tesla. ^{[ 119 ] [ 111 ] [ 118 ]} Durante su viaje a Europa en 1892, Tesla se reunió con D'Arsonval y se sintió halagado al descubrir que estaban usando circuitos similares. Los circuitos resonantes excitados por chispa de D'Arsonval (arriba) no producían un voltaje tan alto como el transformador de Tesla. ^{[ 2 ]} En 1893, el médico francés Paul Marie Oudin añadió una bobina "resonadora" al circuito de D'Arsonval para crear la bobina de Oudin de alto voltaje , ^{[ 118 ] [ 120 ]} un circuito muy similar a la bobina de Tesla, que se utilizó ampliamente para tratar pacientes en Europa. ^{[ 2 ]}

Durante este período, la gente estaba fascinada por la nueva tecnología de la electricidad, y muchos creían que tenía poderes curativos o "vitalizantes" milagrosos. ^{[ 121 ] [ 122 ] [ 123 ]} La ética médica también era más laxa, y los médicos podían experimentar con sus pacientes. A principios de siglo, la aplicación de corrientes de alto voltaje y "alta frecuencia" al cuerpo se había convertido en parte de un campo médico de la era victoriana , en parte medicina experimental legítima y en parte medicina pseudocientífica , ^{[ 109 ]} llamada electroterapia . ^{[ 123 ] [ 69 ] [ 124 ]} Los fabricantes producían aparatos médicos para generar "corrientes Tesla", "corrientes D'Arsonval" y "corrientes Oudin" para los médicos. En la electroterapia, un electrodo puntiagudo conectado al terminal de alto voltaje de la bobina se sostenía cerca del paciente, y las descargas luminosas en forma de cepillo de este (llamadas " efluvios ") se aplicaban a partes del cuerpo para tratar una amplia variedad de afecciones médicas. Para aplicar el electrodo directamente sobre la piel o los tejidos de la boca, el ano o la vagina, se utilizaba un «electrodo de vacío», que consistía en un electrodo metálico sellado dentro de un tubo de vidrio parcialmente al vacío, el cual producía un intenso brillo violeta. La pared de vidrio del tubo y la superficie de la piel formaban un condensador que limitaba la corriente que llegaba al paciente, evitando así molestias. Posteriormente, estos electrodos de vacío se fabricaron con bobinas de Tesla portátiles para crear varitas de « rayos violeta », que se vendían al público como un dispositivo médico casero fraudulento. ^{[ 125 ] [ 126 ]}

La popularidad de la electroterapia alcanzó su punto máximo después de la Primera Guerra Mundial , ^{[ 111 ] [ 123 ]} pero en la década de 1920 las autoridades comenzaron a tomar medidas enérgicas contra los tratamientos médicos fraudulentos, y la electroterapia se volvió en gran medida obsoleta. Una parte del campo que sobrevivió fue la diatermia , la aplicación de corriente de alta frecuencia para calentar el tejido corporal, iniciada por el médico alemán Karl Nagelschmidt en 1907. ^{[ 111 ] [ 118 ]} Durante la década de 1920 se utilizaron máquinas de diatermia de chispa de bobina de Tesla de "onda larga" (0,5~2  MHz), en las que la corriente se aplicaba al cuerpo mediante electrodos. En la década de 1930, estos fueron reemplazados por  máquinas de diatermia de tubo de vacío de "onda corta" (10~100 MHz), ^{[ 111 ] [ 118 ]} que presentaban menor riesgo de causar quemaduras, pero las bobinas de Tesla continuaron utilizándose tanto en diatermia ^{[ 111 ]} como en dispositivos médicos fraudulentos como el rayo violeta ^{[ 125 ]} hasta la Segunda Guerra Mundial. En 1926, William T. Bovie descubrió que las corrientes de radiofrecuencia aplicadas a un bisturí podían cortar y cauterizar tejido en operaciones médicas, y los osciladores de chispa se utilizaron como generadores de electrocirugía o "Bovies" hasta la década de 1980. ^{[ 127 ]}

Durante las décadas de 1920 y 1930, todas las bobinas médicas unipolares (de un solo terminal) de alto voltaje pasaron a denominarse bobinas de Oudin, por lo que las bobinas de Tesla unipolares actuales a veces se denominan "bobinas de Oudin". ^{[ 128 ]}

Artista de espectáculos secundarios "Electrice" siendo "electrocutada" 1914 ^{[ 129 ]}

"Electrice" encendiendo una vela con una descarga de cepillo de sus dedos. ^{[ 129 ]} La corriente provenía de la silla eléctrica que está tocando, la cual está conectada a la bobina de Tesla en el fondo.

El evangelista Irwin Moon lanzando "rayos" con los dedos, 1938.

Demostración de descarga de pincel de 10 pulgadas (25 cm) desde la mano, 1913 ^{[ 130 ]}

La corriente de radiofrecuencia de la bobina de Tesla enciende el filamento de la bombilla al pasar por el cable para cargar y descargar el cuerpo del intérprete, que actúa como una placa de condensador. ^{[ 130 ]}

Los artistas de espectáculos ambulantes de principios de siglo realizaban acrobacias con bobinas de Tesla que hoy en día se considerarían extremadamente peligrosas.

Las espectaculares descargas de chispas de la bobina de Tesla, y el hecho de que sus corrientes pudieran atravesar el cuerpo humano sin causar descargas eléctricas , propiciaron su uso en la industria del entretenimiento.

A principios del siglo XX apareció en carnavales ambulantes , espectáculos de rarezas y atracciones secundarias de circo y carnaval , que a menudo tenían un acto en el que un artista pasaba altos voltajes a través de su cuerpo ^{[ 32 ] [ 131 ] [ 129 ] [ 132 ] [ 133 ]} Artistas como "Dr. Resisto", "The Human Dynamo", "Electrice", "The Great Volta" y "Madamoiselle Electra" tenían su cuerpo conectado al terminal de alto voltaje de una bobina de Tesla oculta, lo que hacía que saltaran chispas de las puntas de sus dedos y otras partes de su cuerpo, y que se encendieran luces de neón y lámparas de tubo fluorescente cuando se acercaban a ellos. ^{[ 130 ] [ 134 ] [ 135 ]} También podían encender velas o cigarrillos con sus dedos. ^{[ 129 ]} Aunque no solían causar descargas eléctricas, las descargas de arco de RF de la piel desnuda podían causar quemaduras dolorosas; Para evitarlos, los artistas a veces usaban dedales de metal en las puntas de los dedos ^{[ 129 ]} (el reverendo Moon, en la imagen central de arriba, los está usando) . Estos actos eran extremadamente peligrosos y podían matar al artista si la bobina de Tesla estaba mal ajustada. ^{[ 132 ]} En la jerga circense , esto se llamaba un "acto de silla eléctrica" ​​porque a menudo incluía una " electrocución " con chispas del artista en una silla eléctrica , ^{[ 132 ] [ 133 ]} explotando la fascinación del público con este nuevo y exótico método de pena capital , que se había convertido en el método de ejecución dominante en los Estados Unidos alrededor de 1900. Hoy en día, los artistas todavía realizan actos de alto voltaje con bobinas de Tesla, ^{[ 136 ] [ 137 ]} pero la bioelectromagnética moderna ha traído una nueva conciencia de los peligros de las corrientes de las bobinas de Tesla, y permitir que pasen a través del cuerpo se considera hoy extremadamente peligroso.

Las bobinas de Tesla también se utilizaron como elementos dramáticos en las primeras películas de misterio y ciencia ficción , desde la época del cine mudo . ^{[ 32 ]} Las chispas crepitantes y ondulantes que emanaban del electrodo de una bobina de Tesla gigante se convirtieron en el símbolo icónico de Hollywood del laboratorio del " científico loco ", reconocido en todo el mundo. ^{[ 138 ]} Esto probablemente se debió a que el excéntrico Nikola Tesla , con sus famosas demostraciones de alto voltaje y su misterioso laboratorio de Colorado Springs, fue uno de los principales prototipos a partir de los cuales se originó el personaje del "científico loco" . ^{[ 138 ] [ 139 ]} Algunas películas tempranas en las que aparecieron bobinas de Tesla fueron Wolves of Kultur (1918), The Power God (1926), Metropolis (1927), Frankenstein (1931) y sus muchas secuelas como Son of Frankenstein (1939), The Mask of Fu Manchu (1932), Chandu the Magician (1932), The Lost City (1935) y The Clutching Hand (1936) ^{[ 140 ] [ 32 ]} y muchas películas y programas de televisión posteriores. Para la década de 1980, efectos como chispas de alto voltaje se agregaban a las películas mediante CGI como efectos visuales en la postproducción , eliminando la necesidad de peligrosas bobinas de Tesla de alto voltaje en los sets.

Las bobinas de Tesla para muchas de estas películas fueron construidas por Kenneth Strickfaden (1896-1984), quien, comenzando con sus espectaculares efectos en Frankenstein de 1931, se convirtió en el experto en efectos especiales eléctricos más destacado de Hollywood . ^{[ 32 ] [ 141 ]} Su gran bobina de Tesla "Meg Senior", vista en muchas de estas películas, consistía en un secundario cónico de 1000 vueltas y 6 pies y un primario de 10 vueltas, conectados a un condensador a través de un espacio de chispa rotatorio, alimentado por un  transformador de 20 kV. ^{[ 141 ]} Podía producir chispas de 6 pies. Algunos de sus últimos trabajos fueron el reensamblaje del aparato de alto voltaje original de Frankenstein de 1931 para la sátira de Mel Brooks, El joven Frankenstein (1974), y la construcción de una bobina de Tesla de un millón de voltios que produjo chispas de 12 pies para un espectáculo de 1976 de la banda de rock Kiss . ^{​​[ 140 ]}

Bobina de un millón de voltios del Observatorio Griffith Park , Los Ángeles. Con más de 100 años de antigüedad, es una de las bobinas de Tesla en funcionamiento más antiguas.

Demostración de inductancia con una bobina de Tesla, 1906. ^{[ 142 ]} La corriente de RF no pasará a través del grueso cable de cobre debido a la curvatura, y pasará a través de la lámpara en su lugar.

Desde las conferencias de Tesla en la década de 1890, las bobinas de Tesla se han utilizado como atracciones en exhibiciones educativas y ferias de ciencias . Se han convertido en una forma de contrarrestar el estereotipo de que la ciencia es aburrida. ^{[ 143 ]} A principios del siglo XX, expertos como Henry Transtrom y Earle Ovington realizaron demostraciones de alto voltaje en "ferias eléctricas". ^{[ 130 ]} Clases de secundaria construyeron bobinas de Tesla.

Desde 1933 hasta la década de 1980, entre trabajos cinematográficos, el experto en efectos especiales de Hollywood, Ken Strickfaden, llevaba su aparato de alto voltaje de gira en una exhibición llamada "Science on Parade" y más tarde "The Kenstric Space Age Science Show" a escuelas secundarias, universidades, ferias mundiales y exposiciones. ^{[ 143 ]} Estos espectáculos espectaculares, que llegaron a 48 estados, tuvieron una influencia fundamental en el nacimiento del movimiento moderno de "bobinado". ^{[ 140 ]} Varios aficionados actuales a Tesla, como William Wysock, dicen que se inspiraron para construir bobinas de Tesla al ver el espectáculo de Strickfaden. ^{[ 143 ]}

Una de las bobinas más antiguas y conocidas que aún funcionan es la "GPO-1" en el Observatorio Griffith de Los Ángeles. Originalmente era una de un par de bobinas construidas en 1910 por Earle L. Ovington , amigo de Tesla y fabricante de aparatos de electroterapia de alto voltaje. ^{[ 144 ] [ 32 ]} Durante varios años, Ovington las exhibió en la feria comercial eléctrica de diciembre en el Madison Square Garden de Nueva York, usándolas para demostraciones de ciencia de alto voltaje, a las que el propio Tesla asistía en ocasiones. ^{[ 32 ]} Llamadas Oscilador de Millones de Voltios , las bobinas gemelas se instalaron en el balcón de la feria. Cada hora, las luces se atenuaban y el público disfrutaba de una exhibición de arcos de 3 metros. Ovington le dio las bobinas a su amigo el Dr. Frederick Finch Strong, cuyo trabajo se centraba en la electroterapia como tratamiento de salud alternativo. En 1937, Strong donó las bobinas al Observatorio Griffith. El museo no tenía espacio para exhibir ambos, pero una bobina fue restaurada por Kenneth Strickfaden y ha estado en funcionamiento diario desde entonces. ^{[ 32 ]} Consta de una bobina secundaria cónica de 48 pulgadas (1,2 m) de altura coronada por un electrodo de bola de cobre de 12 pulgadas (30 cm) de diámetro, con una bobina primaria espiral de 9 vueltas de tira de cobre de 2 pulgadas, un condensador de placa de vidrio (que reemplaza a las botellas de Leyden originales) y un espacio de chispa rotatorio. ^{[ 144 ]} Su salida se ha estimado en 1,3 millones de voltios. 

Además de su uso en transmisores de radio de chispa y electroterapia descritos anteriormente, el circuito de la bobina de Tesla también se utilizó a principios del siglo XX en máquinas de rayos X , generadores de ozono para purificación de agua y equipos de calentamiento por inducción . Sin embargo, en la década de 1920, los osciladores de tubo de vacío lo reemplazaron en todas estas aplicaciones. ^{[ 89 ]} El tubo de vacío de triodo era un generador de corriente de radiofrecuencia mucho mejor que la chispa ruidosa, caliente y productora de ozono , y podía producir ondas continuas . Después de esto, el uso industrial de la bobina de Tesla se limitó principalmente a unas pocas aplicaciones especializadas que se adaptaban a sus características únicas, como las pruebas de aislamiento de alto voltaje.

En 1926, los pioneros físicos de aceleradores Merle Tuve y Gregory Breit construyeron una bobina de Tesla de 5 millones de voltios como acelerador lineal de partículas . ^{[ 145 ] [ 146 ] [ 147 ]} La bobina bipolar consistía en un tubo de Pyrex de un metro de largo enrollado con 8000 vueltas de alambre fino, con tapas de corona redondas en cada extremo, y una bobina primaria espiral de 5 vueltas que lo rodeaba en el centro. Se operaba en un tanque de aceite aislante presurizado a 500 psi, lo que le permitía alcanzar un potencial de 5,2 megavoltios. Aunque se utilizó durante un breve período en 1929-30, no tuvo éxito porque la aceleración de las partículas tenía que completarse dentro del breve período de medio ciclo del voltaje de RF.

En 1970, Robert K. Golka construyó una réplica del enorme transmisor amplificador de Tesla en Colorado Springs en un cobertizo en la Base de la Fuerza Aérea de Wendover , Utah, utilizando datos que encontró en las notas de laboratorio de Tesla archivadas en el Museo Nikola Tesla en Belgrado , Serbia. ^{[ 70 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 148 ]} Este fue uno de los primeros experimentos con el circuito amplificador desde la época de Tesla. La bobina generó 12 millones de voltios. Golka lo usó para intentar duplicar la síntesis de rayos globulares reportada por Tesla .