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LAB2GO Scienza

Pendolo di Waltenhofen

Descrizione

Immagine Lab2Go

Questo tipo di pendolo fu inventato da Adalbert C. von Waltenhofen (1828-1914) verso il 1855. Il suo nome per gli anglofoni è “The eddy current pendulum”. Esso mostra gli effetti delle correnti parassite indotte, dette di Foucault (o eddy currents).
Il pendolo di Waltenhofen è un apparecchio composto da un telaio d’acciaio, telaio che sorregge un’asta sulla quale è possibile fissare un conduttore metallico, solitamente in rame. Al di sotto della struttura vi sono due elettromagneti che possono regolare il campo magnetico variando opportunamente la corrente, generata da un apposito alimentatore in corrente continua.
Il pendolo, in assenza di campo magnetico, è libero di oscillare intorno alla posizione di equilibrio, ma non appena sorge il campo magnetico dovuto all’eccitazione dell’elettromagnete, il moto del pendolo viene subito arrestato.
Nel conduttore, che si muove in un campo magnetico non uniforme, si generano per induzione elettromagnetica delle correnti elettriche. Queste, per la Legge di Lenz (basata sul principio di conservazione dell’energia), generano forze che tendono a contrastare le forze che muovono il conduttore, producendo un effetto frenante. Nel caso del pendolo di Waltenhofen, l’energia potenziale gravitazionale iniziale, che possiede il pendolo quando viene allontanato dalla sua posizione di riposo, si trasforma in definitiva in energia termica per l’effetto Joule delle correnti elettriche indotte durante l’oscillazione.
Se nel pendolo di Waltenhofen si sostituisce al conduttore compatto un conduttore che presenta fenditure come i denti di un pettine, il suo moto dura molto più a lungo poiché le correnti di Foucault indotte sono molto più piccole e in parte si neutralizzano a vicenda essendo contigue e reciprocamente opposte.

Le correnti parassite sono delle correnti indotte in masse metalliche e generate dal loro movimento, o dalla variazione del campo magnetico che le attraversa. Il moto vorticoso degli elettroni è dovuto alla forza di Lorentz che agisce perpendicolarmente alla direzione degli elettroni in movimento.
Un uso particolare delle correnti di Foucault si trova negli antichi galvanometri: per ottenere lo smorzamento degli aghi magnetici, questi si fanno ruotare sopra a dischi di rame. I più sofisticati di quell’epoca hanno l’equipaggio mobile a forma di piccola campana magnetica che si muove dentro una sfera di rame cava. Anche in molti strumenti da quadro si ricorreva al moto di dischi di alluminio immersi in campi di magneti permanenti.
Questo è anche il principio di funzionamento del freno elettromagnetico.
Al fine di amplificare l'effetto le espansioni polari, spesso, possono essere ruotate e sono coniche da una parte, forma grazie alla quale è possibile accentuare al disuniformità del campo magnetico così da intensificare le correnti parassite.

Cenni storici

Secondo L. Graetz: “… il fenomeno fu osservato per la prima volta da Gambey nel 1824: esso però fu spiegato solo più tardi da Arago in seguito alla scoperta dei fenomeni di induzione dovuta a Faraday”.
Secondo alcuni autori, G. H. Bachhoffner (1810 - 1879) suggerì nel 1837 di sostituire il nucleo compatto all'interno di un solenoide con un fascio di fili di ferro isolati, per evitare le correnti parassite.
In seguito si ricorse alla laminazione ed isolamento delle lamine per costruire il circuito magnetico dei trasformatori, onde evitare perdite di energia per correnti parassite.
Bibliografia.
L. Graetz, L’elettricità e le sue applicazioni, F. Vallardi Milano 1907.
B. Dessau, Manuale di Fisica, vol. III S.E.L. Milano 1935.
G. Veroi, Elementi di Eletrotecnica, vol I, U.T.E., Torino 1905, da cui è tratta la figura 151.
R. P. Feynman, R. B. Leighton e M. Sands, The Feynman Lectures on Phisics, Vol. II, Addison-Wesley P. C., Massachusetts 1964, da cui è tratta la figura con il conduttore con tagli, adattata alla pagina. L. Olivieri e E. Ravelli, Elettrotecnica Generale, Vol. I, Cedam, Padova 1959 da cui è trata la figura con le correnti di foucault, adattata all pagina.

Esperienze

Esperienze possibili Descrizione
Verifica induzione elettromagnetica Applicando la corrente ai solenoidi del pendolo si può osservare l'effetto delle correnti parassiti indotte e della forza di Lorentz.
Correnti parassite Verifica della presenza delle correnti parassite nel pendolo.

Sitografia

Link Descrizione
Youtube Video dimostrativo
Youtube Video freni magnetici
YouTube Video dimostrativo sull'utilizzo del pendolo
liceoariosto Descrizione del pendolo di Waltenhofen
lmarconi Descrizione del pendolo di Waltenhofen


fisica/strumenti/pendolo_di_waltenhofen.txt · Ultima modifica: 2023/11/27 19:09 da fabio.panfili