Descrizione

Una dinamo è una macchina elettrica che trasforma un'energia meccanica di rotazione in energia elettrica sotto forma di corrente unidirezionale quasi costante nel tempo.
Un alternatore riceve energia meccanica di rotazione e fornisce energia elettrica in corrente alternata.

Prima dell'invenzione della dinamo e dell'alternatore, l'unico modo di produrre corrente elettrica era tramite la pila (1800). Per inciso la batteria ricaricabile al piombo risale al 1859.
L'origine del concetto di elettricità prodotta mediante moto si fa risalire a quando, intorno al 1831 e indipendentemente, Michael Faraday e Joseph Henry notarono che un conduttore, se veniva spostato all'interno di un campo magnetico, produceva corrente elettrica.
La prima dinamo della storia è la dinamo a disco realizzata da M. Faraday tra il 1831 e il 1832.

https://icaincusa.com/a-power-story-the-history-of-the-electrical-generator/

Nel 1832 H. Pixii, su suggerimento di A.M. Ampère, costruì un generatore in cui un magnete a ferro di cavallo ruotava sotto due bobine fisse poste in serie. Questo poteva fungere sia da alternatore sia da dinamo a seconda dell'uso del collettore. Vedi in proposito le figure sotto.

https://www.youtube.com/watch?v=3Z0DzGEBOsU

Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=606609

Diverse furono le macchine elettriche in uso tra il 1832 e il 1860, cioè fino all'anello di A. Pacinotti ideato nel 1858 e realizzato nel 1860.
La storia narra che Pacinotti illustrò a Z. T. Gramme la sua invenzione nel corso di una mostra a Parigi. E Gramme brevettò di lì a poco la macchina con varianti sia in Francia sia in Italia, e a tutt'oggi viene considerato da molti il suo primo inventore.
In seguito l'accoppiamento della dinamo alla turbina idraulica diede avvio alla produzione commerciale di energia elettrica.
Uno dei primi impianti a corrente alternata fu presentato all'Esposizione di Elettricità di Londra nel 1883.
Poi vi fu una lunga disputa tra l'uso della dinamo o dell'alternatore nella produzione industriale dell'energia elettrica.
La macchina visibile nella foto in fondo alla pagina è un alternatore nella versione più semplice ed è composta da tre componenti principali:

• Statore, costituito da un magnete

• Rotore, costituito da due bobine di rame collegate fra di loro e disposte simmetricamente che possono muoversi nel campo magnetico generato dallo statore.

• Collettore, è costituito da due anelli, posti su un cilindro calettato sull'asse di rotazione, su ognuno dei quali striscia uno dei due contatti. I due anelli sono collegati alle spire del rotore.

Nel caso della dinamo il collettore è costituito da un cilindro che presenta in superficie delle lamelle, isolate tra loro, a cui sono collegate le spire. I contatti sono due spazzole che strisciano sulle lamelle.
Le figure qui sotto, tratte da AA. VV. PPC Progetto Fisica, Zanichelli, Bologna, 1986, mostrano un alternatore e una dinamo con una sola spira rotante e l'andamento della forza elettromotrice generata nel tempo.

AA. VV. Progetto Fisica Vol. B Zanichelli, Bologna 1986

]

AA. VV. Progetto Fisica Vol. B Zanichelli, Bologna 1986

Una legge non generale di induzione elettromagnetica su cui si basa il funzionamento di tali generatori è detta anche “regola del flusso”. Questa dice che si ha una corrente indotta ogni volta che si ha una variazione del flusso magnetico attraverso la superficie di un circuito. Per esempio, quando si muove in su e in giù una calamita all'interno di una bobina o nelle sue vicinanze, la variazione del campo magnetico della calamita fa variare il flusso producendo una forza elettromotrice. Lo stesso fenomeno accade se il magnete è fermo e si muove la bobina.
Oppure quando si ruota una spira immersa in un campo magnetico uniforme, come nel nostro caso, si genera una f.e.m.. Ecc. ecc.
Detta legge vale solo in situazioni ad hoc.
Infatti proprio il disco di Faraday mostra che, quando esso ruota immerso nel campo di un magnete, non c'è alcuna variazione di flusso, eppure si genera una f.e.m. !
Per chi è interessato a conoscere i limiti di validità della “regola del flusso” si consigliano:
R. P. Feynman , R. B. Leighton, M. Sands, The Feynman Lectures on Phisycs vol. II, Addison-Wesley, 1964. In cui sono descritti due esempi.
G. Giuliani, Induzione elettromagnetica: fisica e flashbacks, rinvenibile all'indirizzo: https://fisica.unipv.it/percorsi/pdf/ind_aq.pdf
G. Giuliani ha dedicato molti lavori approfonditi a questo argomento.

Nell'alternatore visibile nella foto sotto, girando la manovella (energia meccanica) si fa girare anche il rotore all’interno del campo magnetico dello statore. Nelle spire del rotore si genera quindi una f.e.m., chiudendo la spira su un carico elettrico (ad esempio una lampadina con le giuste caratteristiche), la corrente scorre nel carico e la lampadina si accende.

Esistono molti tipi di dinamo caratterizzati per i loro usi. Le dinamo per piccole potenze hanno come statore un magnete permanente e sul rotore vi sono, avvolte su materiale ferromagnetico, le bobine che fanno capo al collettore su cui strisciano due spazzole. Le dinamo per medie ed alte potenze hanno lo statore formato da bobine autoalimentate, che generano il campo magnetico. Le dinamo con statore sempre costituito da bobine, ma alimentate in corrente continua controllata dall'esterno, sono destinate a particolari servomeccanismi.
Nel gergo comune quelle installate sulle biciclette vengono chiamate dinamo, ma in realtà sono alternatori ed i più semplici sono con magneti permanenti rotanti e bobine fisse come statori da cui prelevare la corrente per l'illuminazione. Anche le antiche auto avevano dinamo poi sostituite nel tempo da più piccoli ed efficienti alternatori collegati con diodi raddrizzatori per la ricarica della batteria.
Anche di alternatori ve ne sono vari tipi e piuttosto complessi. Esistono monofasi, bifasi, trifasi, polifasi.
Per descrivere nei dettagli le molte versioni delle dinamo e degli alternatori occorrerebbero molte pagine; qui si è cercato solo di dare qualche cenno.