Sala didattica

Si possono trovare:

  • Modello del trasformatore di Gaulard - Gibbs.
  • 4 copie dei modelli sul campo magnetico rotante, usati da Galileo sono andati distrutti a Como.
  • Modelli didattici.
  • Strumentazione didattica varia.
  • Motori frigoriferi... basarti sul campo magnetico rotante.



Considerazioni sul campo magnetico rotante scoperto da Galileo Ferraris
Il principio di funzionamento di ogni motore elettrico si basa sul fatto che i conduttori elettrici, quando sono immersi in un campo magnetico e percorsi da correnti, sono soggetti a forze la cui risultante determina una coppia meccanica (movimento) che agisce sull'asse della macchina elettrica; quindi il motore è composto da circuiti elettrici (avvolgimenti), percorsi da una corrente, e da un circuito magnetico (lamelle) nel quale si genera il campo magnetico.
La potenza elettrica fornita a un motore (corrente continua o alternata e tensione) viene convertita in potenza meccanica.
Molto importante in qualunque motore è la conoscenza della caratteristica meccanica: ossia la curva che lega il diagramma cartesiano (vedi figg. 1, 2, 3) i valori della coppia C, fornita all'albero, in funzione della velocità di rotazione n espressa in giri al minuto primo.
Nei diagrammi sono indicate le caratteristiche meccaniche di un motore che funziona a velocità costante 1), un motore dove la coppia diminuisce con il crescere della velocità 2), un motore in cui la coppia di spunto (velocità zero) è modesta ma aumenta per poi diminuire con l'aumentare della velocità 3).
Il motore elettrico a corrente alternata è quello a più largo impiego per la sua semplicità costruttiva, il suo basto costo e la sua sicurezza d'esercizio. Esso è composto da un motore a forma di tamburo cilindrico che presenta delle scanalature dove si trovano l'avvolgimento indotto, e da uno statore con tre avvolgimenti (uno per fase) disposti tra loro a 120° elettrici.
In questa maniera se gli avvolgimenti sono alimentati da un sistema di tensioni e correnti alternate trifasi (sfasate di 120°) si produce, nel circuito della macchina, un campo magnetico di intensità costante secondo il principio del campo magnetico rotante scoperto da Galileo Ferraris.
Il problema della trasformazione dell'energia elettrica in meccanica era già stato risolto dal motore a corrente continua; ma tale motore presentava due inconvenienti: non si poteva usare direttamente con la corrente alternata, e quindi non poteva essere usato in sistemi con trasmissione a distanza, e presentava una struttura delicata, per la presenza del commutatore che richiedeva una frequente manutenzione e per le spazzole striscianti che si consumavano in tempi brevi. La scoperta di Galileo Ferraris del campo magnetico rotante ha permesso di costruire dei motori senza contatti striscianti, robusti e con velocità di rotazione costante, risolvendo definitivamente il problema della conversione dell'energia elettrica in energia meccanica con rendimenti elevati e l'installazione di semplici impianti
Galileo Ferraris giunse alla scoperta del campo magnetico rotante grazie alle sue conoscenze di ottica; infatti si sapeva che due fasci di luce polarizzata posti su piani diversi generano un fascio di luce polarizzata in modo ellittico o circolare; allo stesso modo due campi magnetici alternati posti su piani diversi e sfasati nel tempo generano un campo magnetico che ruota nello spazio. Se i due campi magnetici sono sfasati di 1/4 di periodo e perpendicolari tra loro il campo magnetico risultante presenta una intensità e una velocità di rotazione angolare costanti.
Purtroppo all'inizio si presentò il problema di generare i due campi magnetici sfasati di Œ ; in seguito si scopri che il sistema più semplice e con maggior rendimento era quello di generare un sistema di tensioni a tre fasi costruendo dei motori con 3 campi magnetici alternati e opportunamente sfasati.
Per giungere a questa dimostrazione Galileo Ferraris ha considerato il punto 0 nello spazio dove si incontrano i campi magnetici generati da due correnti elettriche che hanno direzione OX e OY, hanno intensità diverse e sono perpendicolari fra di loro come viene raffigurato nel grafico fig. 4
Se consideriamo le due lunghezze OA e OB che segnano le intensità dei campi magnetici, la diagonale OR del rettangolo OARB indica con la sua lunghezza e direzione rispettivamente l'intensità e la direzione del campo magnetico rotante. Se le intensità dei campi magnetici variano con il tempo il punto R si muove.
Tale teoria viene rappresentata in maniera realistica dalla fig. 5 in cui si osserva il grafico precedente inserito tra due bobine perpendicolari tra di loro e poste su piani diversi.
A dimostrazione di questa teoria Galileo Ferraris fece alcuni esperimenti; uno di questi è rappresentato dal disegno fig. 6 dove vengono raffigurate in maniera molto semplice le due bobine viste in precedenza e perpendicolari fra loro.
Con 1AAA1' e 2BBB2' sono rappresentate due spirali piatte delle quali una è formata da poche spire di filo di rame di grosso diametro l'altra, è formata da un numero maggiore di spire e da un filo di diametro minore.
Quando l'intensità di corrente delle due spire è approssimativamente uguale si genera, nello spazio compreso dalle due spirali, un campo magnetico di intensità costante il quale ruota uniformemente attorno all'asse OO compiendo un giro completo per ogni fase della corrente alternata.
In questo spazio Galileo Ferraris aveva spesso un cilindro di rame vuoto e chiuso.
Facendo passare la corrente solo in una spirale i cilindro rimane immobile, ma se si alimentano due spire il cilindro ricomincia a ruotare intorno al suo asse.
Se il cilindro invece di essere sospeso è sostenuto da un albero metallico appoggiato su cuscinetti, si ha, teoricamente, un primo motore elettrico a corrente alternata.
La fig. 7 è la sezione del motore fatta su un piano perpendicolare all'asse di rotazione, e può servire a dare un'idea della disposizione delle parti principali dell'apparecchio.
La parte mobile della macchina consiste in un cilindro di rame C, centrato su un albero di ferro O, con il quale è solidale.


Il cilindro di rame è vuoto e chiuso alle due estremità, l'albero O è orizzontale e poggia su due cuscinetti.
La parte fissa della macchina è costituita da due coppie di spirali che , in fig. 7, si vedono sezionate in AA, A'A', BB, B'B'. Le due spirali AA e A'A' sono poste su di un piano verticale e quando sono percorse da una corrente producono all'interno, dove si trova il cilindro di rame, un campo magnetico di direzione mediamente orizzontale; le altre spirali BB e B'B' invece sono situate su di un piano orizzontale, e quando vengono percorse da una corrente generano un campo magnetico di direzione verticale.
Tutte le spirali sono contenute in telai di legno di forma rettangolare. Due di questi, quelli delle spire BB e B'B' sono appena più grandi dello spazio occupato dal cilindro: mentre i telai delle spire AA e A'A' hanno la medesima larghezza degli altri, ma sono più lunghi in modo da abbracciare, alle estremità, i due telai BB e B'B'.
Per mettere in azione questo piccolo motore Galileo Ferraris si servì di un generatore di Gaulard e Gibbs, collegando le spirali AA e A'A' al primario e le spirali BB e B'B' al circuito secondario; nello stesso circuito secondario aveva inserito un reostato a filo per mezzo del quale poteva variare l'intensità e la fase della corrente secondaria. Le inversioni di corrente erano circa 80 al minuto secondo.
In questo modo il cilindro il cilindro di rame cominciava a mettersi in moto spontaneamente quando la corrente nel primario raggiungeva circa 5A; con l'aumentare dell'intensità di corrente il cilindro aumentava la velocità.
Fu applicato all'albero un freno dinamometrico per misurare il lavoro meccanico ottenibile e dimostrare il suo variare al variare delle condizioni.
Osservando i valori ottenuti, Galileo Ferraris constatò che il lavoro meccanico aumentava con il crescere della velocità fintanto che non si raggiungeva un certo numero di giri e poi con l'aumentare dei giri il lavoro meccanico diminuiva fino ad azzerarsi. (fig.3).