ELETTROSTATICHE, MACCHINE

ELETTROSTATICHE, MACCHINE

. Apparecchi adoperati per produrre notevoli differenze di potenziale; si distinguono in due gruppi: macchine a strofinio e macchine a induzione. Le prime non si usano più ormai perché di scarso rendimento.

Macchine a strofinio. - Si suole attribuire a Otto von Guericke (1602-1686) la paternità della prima di queste macchine. Egli infatti produceva una buona elettrizzazione imprimendo un rapido moto di rotazione a un globo di zolfo. Lo strofinio veniva esercitato dalla semplice mano come indica la figura 1. Su questo primitivo abbozzo si sono gradualmente venute innestando le parti fondamentali dei successivi tipi. Così nel 1741 G. M. Boze aggiunse un conduttore metallico mn sostenuto da fili isolanti e atto a raccogliere l'elettricità per mezzo di una catenella c Che scendeva fino a toccare il globo di zolfo (o di resina, o di vetro). Poco dopo J. H. Winckler sostituì le mani con cuscini di cuoio. In seguito il globo fu sostituito da un cilindro, poi da un disco, finché nel 1766 - per opera del J. Ramsden - si ebbe un tipo di macchina notevolmente perfezionata (fig. 2). Rammentiamone il funzionamento: un disco di vetro ruota nel senso indicato dalle frecce fra due coppie di cuscini di cuoio A e B posti in contatto col suolo, e fra due pettini metallici C e D formati da tante punte rivolte verso il disco e uniti a due grossi conduttori metallici isolati M. Quando il disco gira, il vetro striscia sul cuoio dei cuscini sicché si elettrizza positivamente e richiama sulle punte dei pettini elettricità negativa, mentre nei punti lontani del conduttore M si raccoglie elettricità positiva (per induzione elettrostatica). Intanto per il potere delle punte l'elettricità negativa abbandona i pettini e va a neutralizzare la corrispondente elettricità positiva del disco di vetro. Quest'ultimo dunque mentre è elettrizzato nel tratto cuscino-pettine è neutro nel tratto pettine-cuscino.

Sul conduttore M si viene raccogliendo una sempre maggiore quantità di elettricità positiva. Il pendolino di sambuco R mobile su un piccolo quadrante graduato è l'elettrometro di W. Henley che serve a dare un'indicazione del potenziale raggiunto dal conduttore. Isolando da terra conduttore e cuscinetti e unendoli fra loro, si ha un flusso continuo di elettricità (corrente elettrica) dal conduttore che è a potenziale più alto ai cuscinetti.

Sugli stessi principî sono fondate le macchine di J. B. Le Roy, E. Nairn Mairne, ecc. Del tutto diversa è invece la macchina idroelettrica di W. G. Armstrong fondata sul fatto che il vapore umido che esce da una caldaia in ebollizione sfregando contro le pareti della chiavetta di chiusura si elettrizza positivamente. Una di queste macchine (con caldaia lunga 2 m.) si trova al Politecnico di Londra e fornisce scintille lunghe oltre 60 cm.

Macchine a induzione. - La più semplice - e la prima - di queste macchine è l'elettroforo (v.) di A. Volta. In esse l'elettricità viene prodotta per induzione, non per strofinio. Il lavoro meccanico che si richiede per produrre l'elettrizzazione non è dunque speso in gran copia a vincere attriti, ma soltanto adoperato per vincere l'attrazione fra cariche elettriche di segno opposto.

A questo tipo di macchine appartengono il duplicatore di G. Belli, e quello di lord Kelvin, le macchine di R. Voss, di W. Holtz e di J. Wimshurst (fig. 3). Le due ultime, e particolarmente l'ultima, sono ancora oggi assai usate.

La macchina di Wimshurst consta di due dischi eguali di ebanite posti l'uno dietro l'altro e ruotanti in verso opposto attorno a un asse orizzontale. Le facce interne sono molto vicine, ma non si toccano. Sulle esterne sono disposte radialmente parecchie striscioline di stagnola dette settori (nella figura disegnate in bianco). Due coppie di pettini analoghi a quelli della macchina di Ramsden abbracciano insieme ambo i dischi all'estremità di un diametro orizzontale, e comunicano con i due conduttori metallici terminati da una pallina (polî della macchina), fra cui scocca la scintilla. Vi sono poi due coppie di spazzolini metallici che sfregano l'una sui settori di un disco, l'altra su quelli dell'altro disco. Nella figura naturalmente si vede solo la coppia di spazzolini che agisce sul disco anteriore. Le due colonnine in vetro che sorgono a destra e a sinistra della macchina (specie di bottiglie) sono dei condensatori e hanno un ufficio che chiariremo appresso. Ma intanto per descrivere il funzionamento dell'intera macchina serviamoci di una rappresentazione schematica (fig. 4). Rappresentiamo il disco posteriore come se fosse più grande dell'anteriore per renderlo visibile, e simboleggiamo i settori con i rettangolini contrassegnati dai segni + o - per non complicare lo schema disegnandoli completamente. Sia formata da s ed s′ (collegate per mezzo di un conduttore) la coppia di spazzole che striscia sui settori del disco anteriore, e da q, q′ la coppia di spazzole (pure collegate da un conduttore) che striscia sul disco posteriore; P e P′ siano i pettini collegati metallicamente con i poli A, B della macchina. Quando la macchina è ferma in condizioni ordinarie i settori sono elettricamente scarichi, ma appena i dischi si mettono in rotazione, i settori s'elettrizzano per strofinio contro l'aria e contro le spazzole, in misura piccolissima, ma sufficiente a far iniziare il funzionamento della macchina nel modo seguente. Consideriamo per es. il settore m posto in alto e contenente una piccola carica positiva. Supponiamo che i dischi ruotino nel verso indicato dalle frecce. Quando m nella rotazione è giunto davanti al settore t questo per induzione si carica di elettricità negativa, mentre una corrispondente quantità di elettricità positiva fluisce attraverso il conduttore e i pennelli fino al settore t′. Il settore t intanto si muove verso destra, giunge dinnanzi al settore in contatto con il pennello q′ e lo carica positivamente per induzione, mentre la carica negativa passa sul settore a contatto con q. La carica positiva del precedente settore viene intanto portata verso sinistra cosicché essa ripete il processo d'induzione che abbiamo visto compiere dal settore m. In tal modo il processo si esalta continuamente e i settori diventano sempre più fortemente carichi. Come mostra la parte superiore della figura, i settori del disco anteriore portano cariche negative verso destra, quelli del disco posteriore cariche positive verso sinistra. Nella parte bassa della figura il verso è opposto. Basta considerare che t′ è carico di elettricità positiva, come si è detto, e la porta verso sinistra; mentre il settore in contatto con q è carico di elettricità negativa e la porta verso destra. Se ora si guarda la figura ponendo mente all'opposto verso di rotazione dei due dischi, si comprende subito che davanti ai pettini P perviene continuamente dell'elettricità positiva (recata da ambo i dischi), mentre davanti ai pettini P′ perviene invece elettricità negativa recata da ambo i dischi. Per induzione sulle punte di P e di P′ si accumula elettricità rispettivamente negativa e positiva, mentre sui poli (parti lontane) si raccolgono elettricità di nome opposto: positiva in A, negativa in B.

Se il numero dei settori è piccolo, le scintille riescono più lunghe, ma meno frequenti. In genere essi sono 24. I due condensatori di cui si è detto in precedenza servono ad aumentare la capacità della macchina e hanno le armature interne collegate con i poli mentre le esterne comunicano fra loro mediante una catenella metallica. Si hanno così nutrite scintille. La macchina funziona male (o non funziona del tutto) in ambiente umido perché diviene difettoso l'isolamento.

La tensione che è possibile raggiungere, per i modelli grandi è di qualche centinaio di migliaia di volt, sufficiente a far scoccare lunghe scintille (v. scintilla) tra gli elettrodi A e B, se la distanza che li separa non è troppo grande, o fino a raggiungere una tensione limite che la macchina non può superare, stabilendosi un equilibrio tra le dispersioni, che crescono con la tensione e la produzione di cariche da parte della macchina. Congiungendo i poli con un conduttore si può avere una corrente elettrica continua, ma per quanto si sia riusciti oggi a realizzare macchine elettrostatiche a influenza, azionate non più dalla mano dell'uomo, ma da motori, e capaci di erogare correnti anche di un milliampere, sotto tensioni di un centinaio di chilovolt, si deve ritenere che queste macchine difficilmente possano gareggiare con altri mezzi di cui disponiamo per la produzione di corrente elettrica, quali le pile (v.), le macchine dinamo-elettriche (v.), e i trasformatori (v.), muniti di raddrizzatori, ove occorra corrente continua (v. convertitore).