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Bussola delle tangenti
Descrizione
La paternità della bussola delle tangenti viene universalmente attribuita a Claude-Servais-Mathias Pouillet (1791-1868). Lo strumento, inventato nel 1837, è ritenuto il primo in grado di fornire una misura attendibile di corrente continua e consiste essenzialmente in un ago magnetico posto al centro di una bobina circolare girevole attorno ad un asse verticale coincidente con l'asse di sospensione dell'ago magnetico.
Lo strumento nella foto è costituito da un disco orizzontale in ottone, su cui è incisa una scala circolare suddivisa in quattro quadranti di $90^\circ$ ciascuno. Al centro del disco vi è l'ago magnetico. L'anello verticale in ottone, che contiene la bobina (chiamata all'epoca moltiplicatore) percorsa dalla corrente da misurare, può essere ruotato.
Il rapporto tra la lunghezza dell'ago e il raggio della bobina influenza molto la precisione della misura e dunque l'ago dovrebbe essere corto.
Prima di iniziare le procedure di misura bisogna livellare lo strumento affinché l'ago possa ruotare liberamente. Si dispone dunque il piano della bobina esattamente nel piano del meridiano del campo magnetico terrestre $B_0$; un piccolo errore della sua posizione comporta notevoli errori nella misura. Si devono tenere lontani oggetti ferromagnetici e magnetici. Il ferro del cemento armato delle moderne costruzioni comporta sovente una deviazione nella direzione e una modifica del valore del campo magnetico terrestre. L’apparecchio deve stare lontano da conduttori percorsi da altre correnti elettriche; inoltre i conduttori che giungono allo strumento devono essere tra loro vicini, paralleli e perpendicolari al piano della bobina.
La corrente continua che ora si fa circolare nella bobina provoca un campo magnetico di direzione perpendicolare alla componente orizzontale locale del campo magnetico terrestre. Quindi l’ago devia di un certo angolo $\delta$ rispetto alla posizione iniziale fino a portarsi nella direzione della risultante fra i due campi. L’angolo di deviazione $\delta$ è così determinato dalla seguente relazione: $$\tan\delta=\frac{B_b}{B_0}$$
siccome $B_b$ è proporzionale alla corrente $I$ che percorre la bobina, risulta: $$I=K\tan\delta$$
da cui deriva il nome dello strumento.
Il valore della corrente, oggetto della misura, è inversamente proporzionale ad un fattore che dipende dal numero di spire $N$ e alla permeabilità magnetica dell’aria $\mu_0$, mentre è direttamente proporzionale al raggio medio della bobina $R$ e alla tangente dell’angolo $\delta$. Il valore di $B_0$ varia da luogo a luogo e col passare del tempo; per eseguire una buona misura bisogna consultare una tabella aggiornata dove sono riportati i valori di $B_0$ delle località più note della zona.
È bene fare almeno due misure: la prima seguendo la procedura descritta; la seconda invertendo la corrente nella bobina. Se i due valori sono molto diversi significa che ci sono asimmetrie nei campi magnetici, altrimenti si può fare la media dei due valori dell'angolo $\delta$.
All'epoca per tarare la bussola e misurare la costante K si ricorreva all' elettrolisi.
La bussola delle tangenti è un esempio dello stretto collegamento esistente tra elettricità e magnetismo. Un tipo leggermente diverso di bussola delle tangenti si può vedere a questo indirizzo.
Esperienze
Esperienze possibili | Descrizione |
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Esperienza di Oersted | Esperimento con cui si dimostra la correlazione tra campo elettrico e magnetico |