WHEATSTONE, Sir Charles
WHEATSTONE, Sir Charles
Fisico inglese, nato a Gloucester nel febbraio 1802, morto a Parigi il 19 ottobre 1875. Da giovane fu fabbricante di strumenti musicali, e si segnalò presto per varî contributi in acustica. Passato all'ottica, nel 1833 inventò lo stereoscopio, e nel 1835 in una memoria alla British Association suggerì concretamente la possibilità di un'analisi chimica spettroscopica. Nominato nel 1834 professore di fisica al King's College di Londra, concepì un dispositivo a specchio rotante per misurare la velocità della luce. Di lì la sua inclinazione pratica lo portò a indagare fra i primi le possibilità del telegrafo elettrico. In collaborazione con W. F. Cooke, inventò, nel 1835, il telegrafo ad ago, il primo che potesse essere praticamente adoperato. Nel 1840 inventava il telegrafo a quadrante, nel 1841 il telegrafo stampatore, e finalmente i primi apparecchi riceventi e trasmettenti automatici. Dal 1837 in poi arrecò importanti contributi alla telegrafia sottomarina e alle macchine dinamo-elettriche. Indipendentemente da W. Siemens e verso lo stesso tempo fabbricò la prima macchina ad autoeccitazione. Non può considerarsi inventore del ponte di W. (vedi sotto) che è dovuto a S. H. Christy: ma fu lui a segnalarne le possibilità come strumento di misura delle resistenze.
Il ponte di Wheatstone.
È un dispositivo per la misura delle resistenze elettriche; la resistenza X da misurare viene inserita in un ramo di un quadrilatero (v. figura) di cui gli altri tre rami sono costituiti da tre resistenze tarate R1, R2, R, di cui una almeno variabile a piacere. Tra due vertici del quadrilatero è inserita una sorgente di forza elettromotrice (per esempio una batteria di pile B), mentre nel ramo che fa da "ponte" tra gli altri due vertici è inserito il galvanometro G.
Si dimostra facilmente mediante la legge di Ohm che, se è soddisfatta la relazione:
(e solo in questo caso) la corrente che passa nel galvanometro G si annulla (si dice allora che il ponte è in equilibrio). La misura consiste nel regolare per tentativi le tre resistenze R1, R2, R, finché il galvanometro segna zero, dopodiché il valore della X si può dedurre da quelli noti delle altre resistenze mediante la proporzione (1). In realtà basterà regolare la resistenza R; è però utile poter variare tutte e tre le resistenze, se si vuole ottenere la massima sensibilità. In questo modo di usare il ponte il galvanometro serve solo per verificare l'annullarsi della corrente; non occorre quindi una taratura dello strumento.
Molto usato è il ponte di W. anche come metodo differenziale, cioè per scoprire e misurare piccole variazioni della resistenza X; in questo caso il ponte viene equilibrato per il valore normale della resistenza, la corrente indicata dal galvanometro sarà allora proporzionale allo scarto di X dal suo valore normale. Varî strumenti si fondano appunto sulla misura di piccole variazioni della resistenza elettrica di un conduttore (termometri a resistenza, manometri di Pirani, ecc.).
Le misure mediante il ponte di W. possono venire portate a un grado elevatissimo di sensibilità e precisione; se si aggiunge che il principio del ponte di W. è suscettibile di una vasta generalizzazione (vedi anche elettriche, misure, XIII, pagine 687-688), grazie all'analogia ben nota tra il concetto di resistenza nel caso delle correnti continue, e quello più generale di impedenza immaginaria per una corrente alternata sinusoidale, si comprende come il ponte di W. e i suoi derivati siano diventati il fondamento di gran parte della moderna tecnica delle misure elettriche. Se alla batteria B viene sostituita una sorgente di tensione alternata, bisognerà anche naturalmente sostituire al galvanometro G uno strumento a corrente alternata, o più semplicemente, se la frequenza è acustica, un ricevitore telefonico.
A seconda del vario modo in cui le impedenze dei quattro rami del quadrilatero sono realizzate mediante resistenze ohmiche, autoinduzioni e capacità, si hanno varî ponti, che prendono varî nomi, e si prestano alla misura dei varî tipi di impedenze esistenti.