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Descrizione

Questo strumento rappresenta una versione didattica del banco d'Ampère poiché permette di ripetere molte delle esperienze ideate da André Marie Ampère (1775-1836), negli anni Venti del XIX secolo, relativamente alle azioni fra conduttori mobili percorsi dalle correnti elettriche e fra conduttori e campi magnetici.
Con varie combinazioni di questi elementi si può realizzare un gran numero di esperienze.
L'esemplare nella foto ha un sostegno di ottone adatto a tenere sospesi, mediante un filo di seta, molti dei suoi accessori. Sulla base di legno vi è un cilindro con al suo interno un altro cilindro che costituiscono due pozzetti tra loro isolati da riempire di mercurio, per realizzare contatti elettrici continui durante la rotazione dell'accessorio appeso sopra, i cui contatti pescano nei pozzetti. Sulla destra c'è un commutatore che permette sia di interrompere la corrente di alimentazione, sia di invertirne il verso. Questo è collegato a destra con i due morsetti e a sinistra con i due pozzetti. Tra il sostegno è i due pozzetti vi è una piccola bussola. Il generatore deve poter erogare una forte corrente regolabile (dell'ordine di molti ampere) a bassa tensione.
Nella foto si vedono i seguenti accessori da appendere: una spira circolare; una spira quadrata; un solenoide; due spire rettangolari unite da un lato.
Inoltre vi sono gli accessori con alimentazione diretta, che servono per interagire con i precedenti: un solenoide con un manico, una spira rettangolare e una spira con un ramo curiosamente quasi sinusoidale. Non si vede il classico magnete permanente a barra.
Tra le molte esperienze che si possono fare ne descriviamo qualcuna.
La prima somiglia alla storica bilancia di Ampère: dopo aver riempito i pozzetti di mercurio (il cui uso didattico oggi è vietato agli allievi) si appende la spira rettangolare al sostegno in modo tale che i suoi due estremi peschino ognuno in un pozzetto si collegano i morsetti al generatore. Si prende la spira rettangolare e la si dispone per l'alimentazione. Poi si ruota il commutatore per alimentare la spira rotante e si alimenta anche la spira rettangolare. L'esperimento consiste nell'avvicinare un lato della spira rettangolare ad un lato dela spira rotante: se le correnti sono concordi la spira ruota per avvicinare il lato a quello della spira fissa; se sono discordi ruota per allontanarlo.
Ciò che segue si può fare con la spira quadrata; ma anche con la spira circolare. Dunque la si appende al sostegno in modo tale che i suoi due estremi peschino nei pozzetti. La si fa percorrere da una corrente di valore opportuno e si può osservare che inizia a ruotare e, dopo qualche oscillazione, dispone il suo piano perpendicolare alla direzione nord sud; se si inverte la corrente col commutatore, la spira ruota di nuovo e giunge all'equilibrio mostrando la faccia opposta perpendicolare a quella direzione.
In seguito si prende il magnete e lo si avvicina ad essa per vederne il comportamento.
Usando il solenoide si nota che occorre una corrente molto minore per ottenere gli stessi effetti. Inoltre, se dopo le si avvicina il magnete permanente, il solenoide si comporta come l'ago di una bussola.
Restando sull'uso del solenoide rotante, si può alimentare il solenoide che dispone del manico, e, avvicinandoli come si fa con un magnete permanente a barra che si pone nelle vicinanze di un ago magnetico, si può osservare che si comportano in modo analogo.

Nel 1820 H. C. Oersted con una serie di esperimenti diede la prima prova scientifica della connessione tra l'elettricità e il magnetismo.
Egli pose un filo conduttore rettilineo in direzione del campo magnetico terrestre, sotto una bussola che si disponeva nella stessa direzione. Poi collegò il filo ad una batteria di pile e vide che l'ago ruotava e oscillando si orientava in una direzione perpendicolare al filo. Se invertiva il verso della corrente, l'ago ruotava di 180°.
Il fatto sorprendente era che una forza non era diretta lungo la retta tra il filo e il polo magnetico, come avviene tra due cariche elettriche o tra due masse, ma è perpendicolare alla retta!
Secondo alcuni storici della fisica comunque fu preceduto da G. D. Romagnosi; ma la sua relazione, inviata nel 1902, all'Accademia delle Scienze francese fu ignorata.
Il 30 ottobre del 1820 i due fisici J. B. Biot e F. Savart, misurarono il periodo di oscillazione dell'ago magnetico in funzione della distanza da un filo rettilineo percorso da corrente. Il risultato del loro esperimento, espresso in termini attuali, è che il campo magnetico è diretto lungo la tangente di una circonferenza che giace su un piano perpendicolare al filo, e che la sua intensità è direttamente proporzionale alla corrente e inversamente proporzionale alla distanza.
Non appena ebbe notizia dei risultati di Oersted, A. M. Ampère si mise al lavoro seguendo la seguente linea di pensiero: se tra i magneti vi sono delle forze e fra una corrente elettrica ed un magnete vi sono forze, allora anche le correnti fra loro dovrebbero interagire.
E' ben noto in fisica che un ragionamento che sembra logico si rivela errato in seguito ad esperimenti consoni. Infatti Ampère scrisse che anche una barra di ferro dolce influenza un ago magnetico, mentre non produce alcun effetto su un'altra barra di ferro dolce.
Il 18 settembre del 1820 riferì all'Accademia delle Scienze di Francia che tra due conduttori paralleli percorsi da corrente elettrica sorgono delle mutue forze, che sono attrattive se le due correnti sono equiverse e repulsive se sono di verso opposto.
Per studiare questo fenomeno costruì la Bilancia delle Correnti che porta il suo nome. Quindi due fili conduttori, percorsi da corrente, esercitano una forza l’uno sull'altro a causa del campo magnetico che ciascuno di essi produce; la legge che esprime la forza di interazione è la legge di Ampère: $F=\frac{\mu_0}{2\pi}\frac{i_1 i_2}{d}l$
Nel costruire gli apparecchi Ampère si avvalse dall'aiuto del costruttore H. Pixii, il quale nel 1832, su indicazioni dello stesso Ampère, realizzò un generatore di corrente. Questo era costituito da un magnete permanente a ferro di cavallo che venniva fatto ruotare sotto due bobine fisse.
Bibliografia per i riferimenti storici: AA. VV. PPC Progetto Fisica, vol. B, Zanichelli, Bologna, 1986.