Apparecchio di Foucault
Per il calore sviluppato dalle correnti d'induzioneTratto da Roberto Vergara Caffarelli, STRUMENTI SCIENTIFICI TRA XVIII E XIX SECOLO NEL DIPARTIMENTO DI FISICA DELL' UNIVERSITA' DI PISA, in:
C.A. Segnini e R. Vergara Caffarelli, ANTICHI STRUMENTI SCIENTIFICI A PISA (SEC. XVII - XX), pp. 178 - 179, Pisa, 1989.
Descrizione
Per mezzo di un sistema di ingranaggi si fa ruotare un disco di rame tra i poli di un elettromagnete. Quando l'elettromagnete non è eccitato il disco raggiunge una notevole velocità di rotazione senza necessità di molto lavoro, dovendosi vincere solamente gli attriti degli assi e la resistenza dell'aria.
Quando si eccita il magnete, il disco è fermato dalla reazione delle correnti indotte; se invece si continua a far ruotare il disco, con lavoro meccanico assai aumentato, le correnti continueranno a circolare nel disco riscaldandolo, come si potrà verificare sia con un termometro sia spalmando il disco di una sostanza facilmente fusibile.
La forza frenante è dovuta all'azione reciproca tra il campo magnetico prodotto dalla corrente indotta e quello eccitato nelle espansioni polari dell'elettromagnete. A queste correnti che dissipano energia sotto forma di calore viene dato il nome di correnti parassite o correnti di Foucault.
Due bobine, una delle quali è identificata con D, poggiano sulla tavola di legno F e contengono le armature di ferro dolce che terminano nelle espansioni polari S e N. Sostenuto da un solido telaio in fusione un sistema di ingranaggi, messo in movimento dalla manovella M, permette di far girare con grande rapiditù un disco di rame A.
L'avvolgimento delle bobine, realizzato con un grosso filo di rame del diametro di 2 mm, termina in due serrafili, G e H; il circuito può essere interrotto da una chiave in rame K. È essenziale che il disco sia solo parzialmente contenuto nelle espansioni dell'elettrocalamita: infatti se il disco rotasse in un campo magnetico uniforme non si avrebbero correnti; si avrebbe invece solamente una differenza di potenziale tra il centro del disco e la sua periferia. Il disco è disposto nell'apparecchio in maniera tale che nella rotazione una parte di esso si avvicina all'asse delle espansioni polari, ed è quindi attraversata da un flusso di campo magnetico che va aumentando, e un'altra parte del disco si allontana dalla regione centrale, ove è massimo di flusso di campo magnetico.
Per la legge di Lenz nelle due parti si inducono correnti che impediscono la variazione di flusso, e quindi hanno senso contrario. Queste correnti percorrono nella massa metallica del disco dei circuiti chiusi.ione di flusso, e quindi hanno senso contrario. Queste correnti percorrono nella massa metallica del disco dei circuiti chiusi.
Cenno storico
Il 7 marzo 1825 Arago fece conoscere la sua scoperta dell'influenza della calamita sul disco metallico; Arago aveva verificato anche l'esistenza di un'azione reciproca: se si fa girare un disco di rame vicino a una calamita sospesa liberamente al suo centro di gravità, la calamita è trascinata nel senso di rotazione del disco (un vetro interposto eliminava l'effetto di eventuali correnti d'aria).
Nel novembre del 1831 vi fu da parte di Faraday la comunicazione alla Royal Society della scoperta del fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Egli fece, tra le altre, la seguente esperienza: pose il bordo di un disco di rame tra i poli di una forte calamita; il disco era mobile attorno al suo asse e parzialmente immerso in un bagno di mercurio. Con questa disposizione, unì un galvanometro al bagno di mercurio e all'asse del disco e osservè la produzione di corrente nella direzione dei raggi.
Il Nobili, che era arrivato a Firenze l'otto gennaio del 1832, avendo avuto da Giambattista Amici il primo annuncio delle scoperte di Faraday, cioè l'estratto della lettera di Faraday ad Hachette, comunicato da quest'ultimo il 17 dicembre del 1831 alla Académie des Sciences di Parigi e pubblicato il 28 successivo sul giornale Temps, si affrettò a ripeterne e variarne i fatti annunciati, insieme con Vincenzo Antinori. Il 31 gennaio 1832 i due autori licenziarono per la pubblicazione un ampio lavoro, che conteneva molte osservazioni, descrizioni di nuovi esperimenti ed idee originali. L'articolo venne pubblicato in un numero della Antologia uscito in ritardo con la data di novembre dell'anno precedente, circostanza che fece sorgere una famosa controversia sulla priorità che, portata avanti dal Faraday con insolita asprezza, finì per oscurare gli innegabili meriti del grande fisico italiano e del suo collaboratore. Tra le altre cose, in questo lavoro Nobili e Antinori dubitavano della direzione radiale delle correnti osservate da Faraday. Nel lavoro successivo, datato 24 marzo 1832, essi riferiscono di aver studiato le correnti per mezzo di scandagli galvanometrici e di aver osservato "che sulle parti entranti si sviluppa un sistema di correnti contrario a quello che si eccita dall'altro lato".
Il Matteucci nel 1853 studiò gli stessi fenomeni con più precisione, facendo ruotare un disco metallico al di sopra di una potente elettrocalamita, che faceva spostare lungo una scanalatura in maniera da presentare i poli in differenti posizioni; al di sopra due lastre di rame terminate in punte smussate e amalgamate toccavano il disco e comunicavano con un galvanometro. Con questo dispositivo Matteucci poté studiare le correnti sviluppate per induzione, dandone svariate rappresentazioni grafiche.
Léon Foucault, infine, descrisse il suo dispositivo nel 1855 in un articolo intitolato: "De la chaleur produite par l'influence de l'aimant sur les corps en mouvement". Foucault concluse questo articolo con la seguente affermazione: "se l'esperienza sembra degna di interesse sarà facile disporre di un apparecchio per riprodurre, ampliandolo, il fenomeno che segnalo... e a mettere sotto gli occhi del pubblico riunito negli anfitreatri un curioso esempio della conversione del lavoro in calore".
Bibliografia
ARAGO, Annales de Chimie et de Physique (1825) t. XXVIII, pp. 325-326. Le Temps. Journal de Progrés (1831), n. 801. FARADAY, Annales de Chimie et de Physique (1832) t. XLIX, p. 335; t. L, p. 5-69 e 113-162. NOBILI, ANTINORI, Antologia (1831) vol. XLIV, pp. 149-161; (1832) vol. XLV, pp.107-122; vol. XLVI, pp. 58-77 e pp. 138-157; vol. XLVIII, pp. 33-61, Annales de Chimie et de Physique (1832) t. L, pp. 280-304 e pp. 412-430. ANTINORI (1836), "Elogio storico del cav, professore Leopoldo Nobili ... ". MATTEUCCI, Comptes Rendus de l'Académie des Sciences (1853) t. XXXVI, p. 740 e p. 1135; t. XXXVII, p. 303; Annales de Chimie et de Physique (1853) t. XXXIX, p. 129-139; t. XLIX, p. 129-147. Annali delle Università Toscane, t. III, 2a parte, pp. 137-141, t. IV, 2a parte, pp. 25-38. FOUCAULT, Annales de Chimie et de Physique (1855) t. XLV, pp. 316-318. GANOT (1874) pp.706-709. SALLERON (1864) p. 202. JAMIN (1889) pp. 234-237. ROITI (1904) pp. 362-364. VEROI (1905) pp. 273-275. SBRIGHI, Giornale di Fisica (1984) vol. XXV, pp. 209-229.