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fisica:strumenti:macchina_di_wimshurst

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-====== Macchina di Wimshurst====== 
  
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 + ​====== Macchina di Wimshurst ======
  
  
 //​**Descrizione**//​ //​**Descrizione**//​
  
-{{:​fisica:​strumenti:​whatsapp_image_2019-02-13_at_13.14.16.jpeg?800|}}+La macchina di Wimshurst è uno storico generatore elettrostatico per generare alte tensioni, sviluppato nel 1889 dall'​inventore britannico James Wimshurst (1832 – 1903)L'​aspetto è particolare ed è caratterizzato da due dischi montati in verticale che ruotano in direzione opposta e due sfere metalliche per la scaricaProduce scariche elettriche di una lunghezza variabile.
  
 +La macchina appartiene alla categoria di generatori detti a induzione. Le prime macchine di questo tipo furono inventate da Wilhelm Holtz (1865 e 1867), August Toepler (1865), e J. Robert Voss (1880). Più vantaggiose rispetto alle precedenti macchine a frizione, i primi modelli mostravano la tendenza ad invertire la polarità senza alcun preavviso. La macchina di Wimshurst fu invece la prima a non presentare questo difetto. ​
 +{{ :​museiscientifici:​piloalbertelli_roma:​zio_benji.jpg?​400| }}
  
-Questo tipo di macchina è stato ideato dall’ingegnere inglese James Wimshurst (1832-1903),​ ed è in grado di produrre una elevata differenza di potenziale che può raggiungere alcune centinaia di migliaia di volt. L’apparecchio è costituito da due dischi uguali di plexiglas, posti in verticale ad una distanza relativamente piccola.Questi dischi ruotano intorno ad uno stesso asse orizzontale,​ ma in senso opposto, grazie ad un sistema di cinghie e pulegge azionate da una manovella, posta di lato alla base della macchina. ​ Radialmente,​ lungo il bordo esterno dei due dischi, sono disposti dei piccoli settori metallici. Le superfici esterne dei dischi sono dotate lungo tutta la circonferenza di striscioline di stagnola.Durante la rotazione, azionata mediante cinghie di trasmissione collegate all’albero motore e a una manovella, i settori di ogni disco scorrono sotto una coppia di spazzole di rame, posizionate su di una barra neutralizzatrice. I due pettini fissati ad ogni staffa sulle estremità della barra isolante avvitata all’asse, provvedono alla captazione di corrente.Due punte metalliche si affacciano su un disco agli estremi opposti di un diametro orizzontale;​ tali punte sono collegate all’armatura interna di due condensatori cilindrici (riproduzione della storica bottiglia di Leyda) . Durante la rotazione contrapposta dei dischi, una carica, inizialmente presente su un settore, passando in corrispondenza del settore che sull’altro disco è in contatto con la spazzola, induce su questo una carica di segno opposto e una carica di ugual segno sul settore in contatto con l’altra spazzola sostenuta dal medesimo supporto. I due settori così caricati lasciano le spazzole e portano le rispettive cariche in prossimità delle punte, dove – per effetto delle punte – esse vengono trasferite alle armature interne dei due condensatori che quindi si caricano di segno opposto; con queste si caricano le sferette dello spinterometro e quando la d.d.p. è sufficientemente elevata (dell’ordine di 10 kV per ogni centimetro di distanza) scocca una scintilla in aria.  
  
-{{:​fisica:​strumenti:​whatsapp_image_2019-02-13_at_13.20.29.jpeg?​200|}}+===Funzionamento=== 
 +Si fanno ruotare due dischi di materiale isolante in senso opposto.
  
-**Principio ​di funzionamento**+Sui dischi sono incollati alcuni settori metallici, isolati l’uno dall’altro. I dischi sono posizionati l’uno ​di fronte all’altro e vengono fatti girare sul loro asse, tramite una manovella, uno in un senso e uno nell’altro.
  
-{{http://3.bp.blogspot.com/-ucN5-xf8qmQ/​VHomGrRN1II/​AAAAAAAAAlI/​qyeLOsU4q4I/​s1600/​11.png}}+Inizialmente alcuni settori metallici sono leggermente carichi (la carica può derivare dalla presenza di ioni nell'​aria). Quando un settore carico del primo disco (diciamolo A) si affaccia ad un altro settore (B) del secondo disco induce in questo una separazione di cariche, che scompare quando i due settori si allontanano. Ma se l'​induzione avviene quando il settore B è a contatto con una delle spazzole le cariche fluiscono attraverso il braccio fino all'​altra spazzola e quindi fino al settore metallico diametralmente opposto (diciamolo B*). Quando le spazzole lasciano B e B* questi sono ancora sottoposti ad induzione, per cui rimangono carichi di segno opposto (stesso fenomeno dell'​elettroforo di Volta). B e B* proseguendo la rotazione raggiungono la regione in cui si trovano le spazzole dell'​altro disco e per induzione caricano una coppia di settori dell'​altro disco (con lo stesso meccanismo con cui sono stati caricati). Quindi raggiungono i pettini che li neutralizzano,​ raccogliendo le cariche. Poi raggiungendo nuovamente le spazzole il ciclo ricomincia. Ad ogni giro un settore metallico subisce le seguenti azionisi carica di segno positivo, carica negativamente per induzione un settore dell'​altro disco, viene neutralizzato da uno dei pettini, si carica di segno negativo, carica positivamente per induzione un settore dell'​altro disco, viene neutralizzato dall'​altro pettineConsigli pratici: i bracci delle spazzole vanno posizionate ad X ed in modo che ogni settore incontri prima la sua spazzola e poi quella dell'​altro disco; inoltre la loro posizione deve essere tale che l'​istante di distacco di ciascuna spazzola da un settore deve coincidere con l'​istante di massima sovrapposizione dei settori (così si ha il massimo trasferimento di carica per induzione). 
 +Le cariche raccolte dai pettini sono accumulate all'​interno di bottiglie di Leida (condensatori)Quando i condensatori hanno accumulato una quantità sufficiente di carica elettrica, l'​elevata differenza di potenziale tra i poli della macchina fa scoccare una scintilla. La macchina non ha bisogno di alimentatori elettrici per creare la carica iniziale, ma ha bisogno di lavoro meccanico per far girare i dischi. Quando produce scintille di notevole lunghezza (dell'​ordine dei 10-15 cm) diviene un debole emettitore di raggi X
  
 +===Sitografia===
  
-Durante il funzionamento la carica, inizialmente piccola, aumenta in modo costante grazie a dei processi di induzione elettrostatica fino al raggiungimento della massima tensione di esercizio. La tensione di esercizio è limitata da scariche, assorbimento di corrente e difetto di isolamento. Per una più semplice comprensione del modo di funzionamento della macchina elettrostatica,​ si immaginino al posto dei dischi due cilindri cavi che ruotano in senso opposto su un asse comune. Dopo che il rivestimento B1 ha assunto una carica elettrica positiva a seguito dello strofinamento e con la spazzola P2, raggiunge le posizioni B2 e B3. La posizione B3 si trova di fronte al rivestimento A1, che ha una carica elettrostatica negativa derivante dalla messa a terra creata dalla spazzola P1. A1 mantiene tale carica negativa continuando a ruotare e raggiungendo le posizioni A2 e A3. In posizione A3 induce una carica positiva nel rivestimento di stagnola B1 contrapposto. Questo processo si ripete in modo continuo e porta ad un graduale incremento delle cariche delle striscioline di stagnola. Continuando a ruotare, tutti i rivestimenti B con carica positiva giungono al pettine S1 e tutti i rivestimenti A con carica negativa giungono al pettine S2, dove cedono la propria carica alle aste degli elettrodi con le sfere conduttrici K1 e/o K2. Il proseguimento della rotazione vede la ripetizione dei medesimi processi, con la differenza che ora le striscioline di stagnola A che passano accanto a P1’ vengono caricate positivamente e i rivestimenti B che passano accanto a P2’ vengono caricati negativamente. Le tensioni così ottenute aumentano in proporzione al diametro dei dischi. Nella realtà i processi qui descritti come successivi avvengono contemporaneamente. Le cariche sulle striscioline di stagnola del disco 2 inducono sulle striscioline di stagnola del disco 1, in corrispondenza delle spazzole, cariche positive e/o negative. A loro volta queste inducono cariche sulle striscioline di stagnola del disco 2, quando passano accanto alla spazzola contrapposta. Le cariche vengono quindi attirate dai pettini e inoltrate alle aste degli elettrodi per essere scaricate mediante le sfere conduttrici e/o le bottiglie di Leida. La lunghezza della scintilla dipende dal diametro dei dischi. ​ 
  
 +{{tablelayout?​colwidth="​250px,​360px}}
 +^Link ^Descrizione ​ ^
 +|https://​www.youtube.com/​watch?​v=Zilvl9tS0Og|video|video funzionamento strumento |
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-**Esperienze possibili** 
-^Esperienza^descrizione^ 
-|[[fisica:​esperienze:​ionizzazione_dei_gas|Ionizzazione dei gas]]|Processo per il quale un gas , inizialmente neutro viene ionizzato facendo passare una corrente elettrica| 
-|[[fisica:​esperienze:​mulinelloelettrico|Mulinello Elettrico]]|Conservazione del momento angolare e formazione di un campo elettrico intenso| 
-|[[fisica:​esperienze:​elettrizzazioneconduttori|Elettrizzazione di conduttori]]|Modi per elettrizzare un corpo| ​   ​ 
-===Sitografia=== 
-^Sito^descrizione^ 
-|[[http://​wunderkammer.liceodini.it/​elettromagnetismo/​elettrostatica-2/​macchine-elettrostatiche/​macchina-di-wimshurst.html|descrizione della macchina di Wimshurst]]|Descrizione della macchina| 
-|[[http://​www.oilproject.org/​lezione/​macchine-elettrostatiche-dal-pendolo-elettrico-alla-macchina-di-wimshurst-4097.html|spiegazione della macchina di Wimshurst]]|Macchina di Wimshurst| 
-|[[https://​www.3bscientific.it/​product-manual/​U15310_IT.pdf|istruzioni per l'​uso]]|Istruzioni per l'uso della macchina| 
-|[[https://​www.youtube.com/​watch?​v=mNGP42-QLtY|Macchina di Wimshurst]]|video esplicativo| 
  
fisica/strumenti/macchina_di_wimshurst.txt · Ultima modifica: 2019/09/23 14:30 (modifica esterna)