Rocchetto di Ruhmkorff

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Rocchetto di Ruhmkorff

Un rocchetto ad induzione (conosciuto anche come rocchetto di Ruhmkorff) è un tipo di bobina a scarica disruptiva. È un tipo di trasformatore utilizzato per produrre impulsi ad alta tensione partendo da una sorgente di corrente continua a bassa tensione. Per produrre le variazioni di flusso necessarie ad indurre la forza elettromotrice nell'avvolgimento secondario, la corrente continua che circola nel primario è interrotta ripetutamente mediante un contatto vibrante chiamato interruttore. Il termine 'rocchetto ad induzione' è utilizzato anche per indicare una bobina nella quale circola una corrente alternata ad alta frequenza in grado di riscaldare gli oggetti posti al suo interno come avviene nei forni a induzione.

Funzionamento[modifica | modifica sorgente]

Spaccato di un rocchetto di Ruhmkorff

Un trasformatore ad induzione consiste di due solenoidi di filo di rame isolato avvolti attorno ad un unico nucleo di ferro. Uno dei solenoidi, chiamato avvolgimento primario è costituito di decine o centinaia di spire di filo smaltato, l'altro solenoide detto avvolgimento secondario consiste di diverse migliaia di spire di filo sottile. Una corrente elettrica che percorre il primario crea un campo magnetico, il secondario è accoppiato magneticamente attraverso il nucleo di ferro. Il primario agisce da induttore, immagazzinando l'energia nel campo magnetico associato. Quando la corrente elettrica viene interrotta improvvisamente, il campo magnetico cala rapidamente e questo causa un impulso ad alta tensione attraverso il secondario per via dell'induzione elettromagnetica. Grazie all'alto numero di spire dell'avvolgimento secondario, l'impulso generato ha una tensione di molte migliaia di volt. Questa tensione è sufficiente a generare una scintilla o scarica elettrica attraverso l'aria che separa i terminali del secondario.

La dimensione del rocchetto spesso viene indicata in base alla lunghezza della scintilla che può produrre.

L'interruttore[modifica | modifica sorgente]

Per permettere il funzionamento del trasformatore, la corrente continua deve essere intermittente per poter creare la variazione di campo magnetico necessaria per l'induzione. Il rocchetto di Ruhmkorff utilizza una lamina metallica vibrante chiamata interruttore per aprire e chiudere rapidamente il circuito primario. L'interruttore nei rocchetti di piccola dimensione era montato ad una delle estremità del nucleo ferroso, il campo magnetico generato dal flusso di corrente nel primario attirava la lamina trattenuta da una molla aprendo quindi il circuito. All'apertura del circuito, si interrompeva anche il campo magnetico facendo sì che la molla chiudesse nuovamente il circuito.

La tensione nel secondario è indotta sia quando il circuito si apre che quando si chiude, la variazione della corrente è molto più rapida quando il circuito si apre così l'impulso nel secondario all'apertura è molto maggiore. Un condensatore è posto in parallelo all'interruttore per smorzare l'arco elettrico fra i contatti e permettere un'apertura più rapida e quindi una tensione maggiore. La forma d'onda dell'uscita di un rocchetto ad induzione è costituita da una serie di impulsi positivi e negativi ma una delle due polarità è molto più ampia dell'altra.

Interruttori al mercurio ed elettrolitici[modifica | modifica sorgente]

L'interruttore magnetico è usato nei trasformatori capaci di creare scariche fino a circa 20 cm (~120 kV), per trasformatori più grandi si utilizzano interruttori funzionanti grazie ad un motore. [1] I trasformatori ancora più grandi, utilizzati nei radiotrasmettitori, utilizzano interruttori elettrolitici o a mercurio.

Dettagli di costruzione[modifica | modifica sorgente]

Per evitare che le alte tensioni generate nella bobina danneggino l'isolamento delle spire del secondario, questo è costruito in modo da non avere grosse differenze di potenziale fra le spire. Il secondario è suddiviso in sezioni a forma di 'pancake' connesse in serie tra loro. Il primario è avvolto attorno al nucleo e poi isolato dal secondario con uno spesso strato di carta o gomma. Ogni sezione del secondario è isolata con un rivestimento di paraffina, connessa alla sezione successiva e poi inserita sul primario. La tensione sviluppata in ogni sezione non è sufficiente a far scoccare un arco tra le diverse sezioni.

Per prevenire le correnti parassite il nucleo ferroso è costruito con un fascio di fili di ferro rivestiti con lacca per isolarli elettricamente, questo evita il formarsi di correnti parassite perpendicolari all'asse magnetico.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Il più grande rocchetto ad induzione prodotto da Callan (modello del 1863), nel quale si nota la costruzione a pancake del secondario. Era lungo 106 cm e poteva produrre scintille di 15 cm corrispondenti ad una tensione di circa 200.000 volt.

Michael Faraday scoprì il principio dell'induzione, la legge di Faraday, nel 1831 e fece i primi esperimenti di induzione tra avvolgimenti di filo.[2] Il trasformatore ad induzione fu inventato dallo scienziato irlandese Nicholas Callan nel 1836 presso il St. Patrick's College di Maynooth[3] [4] e perfezionato da William Sturgeon e C. G. Page. I primi rocchetti erano dotati di interruttori azionati da una manovella ideati da Callan e Antoine Masson. L'interruttore automatico fu ideato da C. E. Neeff, P. Wagner e J. W. M'Gauley. L'uso del condensatore fu suggerito da Hippolyte Fizeau.[5] Heinrich Ruhmkorff fu in grado di generare tensioni maggiori utilizzando un numero di spire molto più grande, anche di 5.000 o 6.000 spire. Durante i primi anni cinquanta del XIX secolo, dopo aver esaminato un rocchetto di Ruhmkorff in grado di produrre scariche di circa 5 cm, l'inventore statunitense Edward Samuel Ritchie capì di poterlo rendere molto più efficiente riprogettando e migliorando l'isolamento dell'avvolgimento secondario. Egli divise l'avvolgimento in sezioni e le isolò fra loro. La versione così modificata permise di produrre scintille di 25 cm, in seguito arrivò a generare scintille di oltre 61 cm di lunghezza.[6][7] Nel 1857, uno dei rocchetti prodotti da Ritchie fu mostrato a Dublino durante una conferenza della British Association,[8] e poi presso l'Università di Edimburgo in Scozia.[9] Lo stesso Ruhmkorff acquistò uno dei rocchetti ad induzione prodotti da Ritchie e ne utilizzò le migliorie nel suo lavoro.[9][10]

Rocchetti ad induzione furono usati per generare le alte tensioni necessarie per il funzionamento dei primi tubi a scarica ed i tubi catodici utilizzati per le ricerche sui raggi X. Furono utilizzati anche per intrattenere il pubblico con apparecchi come il tubo di Geissler o altri apparecchi usati da ciarlatani della medicina. Hertz lo utilizzò per dimostrare l'esistenza delle onde elettromagnetiche come previsto da James Maxwell, Tesla e Marconi li utilizzarono nelle loro ricerche sulle onde radio. I principali utilizzi pratici furono come radiotrasmettitore per la telegrafia senza fili e per fornire energia al catodo freddo dei tubi per produrre raggi X. A partire dal 1920 furono rimpiazzati dai tubi a vuoto.

Attualmente è ancora in uso il rocchetto ad induzione nel sistema di accensione per i motori a combustione interna. Una versione ridotta del rocchetto ad induzione pilota i flash allo xeno utilizzati nelle fotocamere e nelle lampade stroboscopiche.


Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Archie F. Collins, The Design and Construction of Induction Coils, New York, Munn & Co., 1908. p.98
  2. ^ Michael Faraday, Experimental researches on electricity, 7th series in Phil. Trans. R. Soc. (London), vol. 124, 1834, pp. 77–122. DOI:10.1098/rstl.1834.0008.
  3. ^ John Ambrose Fleming, The Alternate Current Transformer in Theory and Practice, Vol.2, The Electrician Publishing Co., 1896. p.16-18
  4. ^ Nicholas Callan, National Science Museum, Maynooth
  5. ^ Rudy Severns, History of soft switching, Part 2 in Design Resource Center, Switching Power Magazine. URL consultato il 16 maggio 2008.
  6. ^ American Academy of Arts and Sciences, Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences, Vol. XXIII, May 1895 - May 1896, Boston: University Press, John Wilson and Son (1896), pp. 359-360
  7. ^ Page, Charles G., History of Induction: The American Claim to the Induction Coil and Its Electrostatic Developments, Boston: Harvard University, Intelligencer Printing house (1867), pp. 104-106
  8. ^ Rogers, W. B. (Prof.), Brief Account of the Construction and Effects of a very Powerful Induction Apparatus, devised by Mr. E.S. Ritchie, of Boston, United States, British Association for the Advancement of Science, Report of the Annual Meeting (1858), p. 15
  9. ^ a b American Academy, pp. 359-360
  10. ^ Page, pp. 104-106

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]