Macchina di Wimshurst

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Macchina di Wimshurst con due bottiglie di Leida.

La macchina di Wimshurst è uno storico generatore elettrostatico per generare alte tensioni, sviluppato nel 1889 dall'inventore britannico James Wimshurst (18321903). L'aspetto è particolare ed è caratterizzato da due dischi montati in verticale che ruotano in direzione opposta e due sfere metalliche per la scarica. Produce 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). Sono più vantaggiose rispetto alle precedenti macchine a frizione, tuttavia le prime macchine mostravano la tendenza di invertire senza alcun preavviso la polarità. La macchina di Wimshurst fu invece la prima a non avere questo difetto.

Funzionamento[modifica | modifica wikitesto]

Si fanno ruotare due dischi di materiale isolante in senso opposto.

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.

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 azioni: si 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 pettine. Consigli 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 Leyda (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, e ha invece 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.

I materiali che la compongono[modifica | modifica wikitesto]

Gli elementi che costituiscono la macchina sono facilmente reperibili e non difficili da assemblare: legno (supporto), vetro o materiale plastico isolante (dischi), lamine e barre in metallo (settori metallici, pettini e altri particolari).

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