Descrizione

Per comprendere il funzionamento dell’arganetto elettrico è necessario descrivere il potere delle punte in elettrostatica.
Le cariche elettriche in eccesso in un conduttore sono “quasi” libere di muoversi e si distribuiscono sulla sua superficie.
Se il conduttore presenta una punta, si osserva sperimentalmente che la densità di cariche sulla punta è molto maggiore che nel resto della superficie del conduttore, così come l’intensità del campo elettrico.
Un modello semplice che permette la comprensione del fenomeno è rappresentato nella figura, dove sono riportate le dimostrazioni teoriche.
Due sfere di metallo di diametri molto diversi sono collegate da un filo conduttore e, se caricate, sono allo stesso potenziale elettrico.
Dunque si dimostra facilmente che la densità di cariche sulla sfera più piccola (che rappresenterebbe la punta) è molto maggiore della densità sulla sfera più grande. Inoltre è facile dimostrare, con qualche ulteriore passaggio, che il campo elettrico in prossimità della sfera più piccola è anch’esso molto più grande di quello generato dalla sfera più grande.

Immagine da F.P.

L’aria nello stato normale ha qualche ione sia positivo sia negativo e qualche elettrone libero; dunque, vicino alla punta, gli ioni di segno opposto a quelli presenti sulla punta vengono attratti e si scaricano urtandola (a volte si caricano dello stesso segno della punta e vengono poi respinti), mentre gli ioni di segno uguale vengono respinti e, se il campo elettrico è grande, subiscono una forte accelerazione e acquistano una velocità sufficiente da ionizzare per urto altre molecole dell’aria.
Il risultato è un forte aumento degli ioni e degli elettroni estratti, con conseguente aumento del numero di ioni in moto. Inoltre qualche molecola o atomo vicini alla punta vengono attratti, si caricano per contatto e vengono respinti con conseguente accelerazione. Questo si traduce nel “vento elettrico”.
La punta subisce due tipi di sollecitazioni: l’urto di ioni che arrivano, la reazione dovuta alla quantità di moto di ioni che si allontanano. Il tutto comporta un impulso che agisce sulla punta.
Nei laboratori didattici per fare dimostrazioni sul potere delle punte si usa un modello del tipo in figura.

Immagine da Catalogue Physique-Chimie Leybold Didactic GmbH

Un antico esperimento per visualizzare il ”vento elettrico” ancor oggi usato nei laboratori scolastici consiste nel porre davanti alla punta una fiammella; non appena il conduttore con la punta viene collegato alla macchina elettrostatica la fiamma viene trascinata dal “vento elettrico”, come si vede in una antica figura tratta da G. Veroi, Elementi di Elettrotecnica. Vol. I, U.T.E. Torino, 1905.

Immagine da G. Veroi, Elementi di Elettrotecnica. Vol. I, U.T.E. Torino, 1905

Nelle stessa figura si vede l’arganetto elettrico; l’esemplare nella foto consiste di un piccolo rotore poggiato al centro su uno spillo che è in cima ad un’asta isolante.
Il rotore ha quattro raggi, piegati alle loro estremità, che terminano con una punta. Ognuna delle quattro punte è rivolta nello stesso senso e, quando l’arganetto è collegato ad un macchina elettrostatica, si generano quattro venti nello stesso senso.
Le quattro punte, per reazione, subiscono un impulso nel senso opposto al verso delle punte e l’arganetto inizia a ruotare; la sua velocità angolare si stabilizza per effetto degli attriti e della resistenza dell’aria.

Immagine da Liceo Marconi