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LAB2GO Scienza

Apparecchio di Eilhu Thomson

Descrizione

Questo apparecchio fu inventato da Eilhu Thomson (1853-1937) e presentato nel 1887 ad un congresso dell'American Institute of Electrical Engineers.
L'apparecchio è costituito da un avvolgimento formato da un notevole numero di spire di rame (per essere alimentato dalla tensione di rete) montato su supporto in bachelite, con un nucleo di fili di ferro dolce che sporge dalla parte superiore. La parte di fili di ferro non compresa nell'avvolgimento è rivestita in plastica trasparente.
L'avvolgimento è tenuto in posizione verticale da un anello in bachelite sorretto da tre cilindretti in metallo fissati alla base. La base poggia su tre piedini in gomma.
Sulla base del supporto sono inseriti due morsetti a boccola per i collegamenti elettrici.
La bobina costituisce il primario di un trasformatore e, se percorsa da corrente alternata, crea all’interno del nucleo un flusso di induzione magnetica variabile.
L’anello di alluminio, coassiale con la bobina, costituisce il secondario del trasformatore, formato da un’unica spira di notevole spessore, ed è quindi sede di elevate correnti che, a loro volta, contrastano le variazioni di flusso generate dal primario (legge di Lenz). La stessa legge di Lenz è la causa della repulsione dell'anello che salta verso l'alto non appena passa la corrente nella bobina.
La forte intensità di corrente nell'anello ne provoca un notevole riscaldamento, dovuto alla dissipazione di energia per effetto Joule.
Se disponiamo un anello secondario che si chiude su una lampadina, è possibile osservare l’accensione della stessa per effetto delle correnti indotte, come si vede nella figura.

Catalogue des Appareils pur l'Enseignement de la Physique construits par E. Leybold's Nachfolger Cologne, 1905; http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9915_1.pdf

Ricordiamo per inciso che l'induzione elettromagnetica, alla base si questi fenomeni, fu scoperta da M. Faraday.
Il funzionamento dell'apparecchio, descritto in numerosissime pubblicazioni in maniera semplificata ed errata, è piuttosto lungo e complesso e, per spiegare la forza di repulsione, che fa saltare l'anello verso l'alto per circa 40/60 cm, bisogna tener conto dell'induttanza e della resistenza dell'anello stesso e del ritardo di fase della corrente ivi indotta, rispetto al campo inducente.
La spiegazione corretta si può leggere nell'articolo del Prof. Guido Pegna, L'anello saltatore e nuove storie, apparso in La Fisica Nella Scuola Anno XLVI - n.1, gennaio- marzo 2013.
Una versione in inglese si trova ai due indirizzi:
www.lajpe.org/march13/3_LAJPE_744_Guido_Pegna_preprint_corr_f.pdf
https://www.academia.edu/en/69230469/The_jumping_ring_experiment_revisited_and_new_possibilities .
Nello stesso articolo si prosegue illustrando un circuito risonante alla frequenza di 50 Hz (nel circuito fra l'altro vi è un condensatore) che aumenta la corrente permettendo al disco di fare salti ben più alti. La corrente però deve durare per un breve tempo, altrimenti si può danneggiare l'avvolgimento
L'articolo termina con la descrizione dettagliata di una variante sostanziale dell'apparecchio: alla bobina cilindrica viene sostituita una bobina piatta di poche spire, alimentata da un circuito più sofisticato che genera una corrente di picco di migliaia di Ampere della durata di qualche decina di microsecondi.
Il campo magnetico generato è notevole e il disco viene lanciato ad una altezza di più di 10 metri. L'autore ha battezzato questa variante: cannone elettromagnetico. Un ingegnere elettrotecnico che insegna all'ITT G. e M. Montani di Fermo ha realizzato quest'ultimo dispositivo, apportando alcune opportune modifiche, e ne ha osservato la grande efficienza. Egli sta sperimentando tuttora il comportamento delle grandezze in gioco dovuto alle modifiche, sulla scia delle indagini di G. Pegna. Inoltre ha costruito un apparecchio di E. Thomson su cui sta svolgendo misure ed esperimenti vari, per una approfondita comprensione del suo funzionamento (vedi in sitografia).

Immagine Lab2Go

Sitografia

fisica/strumenti/apparecchio_di_thomson.txt · Ultima modifica: 2024/02/01 19:32 da fabio.panfili