Modello di alternatore e modello di motore bifase
Tratto 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. 180 - 181, Pisa, 1989.
Descrizione
Questi modelli servono a mostrare che dinamo e motore sono invertibili. Se l'induttore di una dinamo (cioè l'organo mobile al suo interno) viene sostituito da una ruota intorno a cui è avvolto un rocchetto chiuso su se stesso, l'apparecchio diventa un motore perché, quando si manda negli avvolgimenti dell'indotto esterno una corrente alternata, si stabilisce al loro interno, nel nucleo di ferro, un campo magnetico rotante e la ruota, a causa delle correnti indotte nel suo avvolgimento, si metterà a ruotare.
Questo modello di alternatore bifase, a indotto fisso, produce una forza elettromotrice alternata bifase per mezzo di un elettromagnete induttore bipolare a poli esterni (ruotante all'interno di un anello di ferro dolce opportunamente segmentato onde evitare le correnti indotte "di Foucault"), a cui si fa giungere la corrente continua di una batteria per mezzo di due contatti a molla, striscianti in modo continuo su due anelli di bronzo, isolati dall'asse a cui sono fissati, ai quali sono a loro volta collegati gli estremi dell'avvolgimento.
L'avvolgimento dell'elettromagnete induttore è realizzato con un filo abbastanza grosso, che permette il passaggio di una corrente di grande intensità le espansioni radiali (scarpe) del nucleo di ferro hanno una opportuna forma avvolgente in modo da rasentare gli avvolgimenti dell'indotto fisso anche lateralmente.
Intorno all'anello di ferro dolce dell'indotto fisso esterno sono avvolte simmetricamente quattro spirali uguali: quelle diametricalmente opposte hanno gli estremi collegati tra loro di tal maniera che, nella rotazione, le espansioni di polarità opposta dell'induttore generano in esse per induzione una forza elettromotrice concorde. Quando l'induttore compie un ottavo di giro, se il flusso in una coppia di bobine era inizialmente al massimo valore, il flusso andrà diminuendo e si avrà in esse una forza elettromotrice (= f.e.m.) che parimenti diminuisce, mentre nell'altra coppia si avrà una f.e.m. che cresce. Successivamente, quando le espansioni percorrono un altro ottavo di giro, si ha ancora una diminuzione della f.e.m. nella prima coppia di bobine, fino all'annullamento, e un aumento della f.e.m. nelle altre due bobine, fino al suo massimo. Nel successivo ottavo di giro, la f.e.m. nella prima coppia di bobine inizia ad essere negativa e la f.e.m. della seconda coppia inizia a diminuire. A metà giro la f.e.m. nella prima coppia sarà al massimo del suo valore negativo, mentre per la seconda coppia sarà nullo. Continuando con l'analisi lungo una rotazione completa si vede che le f.e.m. così prodotte nei circuiti di ogni coppia sono sfasate di un ottavo di periodo e hanno frequenze che coincidono con quella con cui l'induttore ruota.
Particolari costruttivi: al centro di una base di legno (le cui dimensioni sono 300 x 240 x 32) è fissato un telaio (246 x 30 x 240) nel cui interno è alloggiato l'indotto (diametri: esterno 190, interno 130) che è un anello di ferro probabilmente costituito di lamelle, onde evitare le correnti indotte. Intorno all'anello sono avvolte le quattro bobine, il cui filo è isolato con seta. I collegamenti tra le bobine diametralmente opposte sono fatti con un grosso filo che utilizza alcuni serafili disposti agli angoli. I capi dei due circuiti così costituiti terminano in morsetti disposti ai quattro angoli.
La sezione dell'indotto è 30 x 27. Due supporti in fusione reggono l'asse dell'induttore che, terminando a punta, si incunea in un alloggio predisposto nei supporti. Da un dispositivo partono i due contatti di acciaio, che abbiamo già descritto, e che mediante due morsetti collegano l'elettrocalamita al circuito alimentatore. Per far ruotare l'induttore, che prima di questa modifica era messo in moto a mano, in tempi recenti è stata applicata sull'asse una puleggia di plexigas.
Modello di motore bifase
Come abbiamo già detto, è in tutto simile all'alternatore, con una sola differenza: al posto dell'induttore c'è una ruota di ferro a cui è avvolto un rocchetto di filo sottile costituente un circuito chiuso. Le correnti alternate pasando nelle bobine generano un campo magnetico rotante. I collegamenti con l'alternatore si fanno tra morsetti che hanno la stessa posizione.
È interessante concludere con questi apparecchi, benché siano stati costruiti in una data abbastanza recente, perchè con essi si ha il primo esempio di generatore e di motore a corrente alternata costruiti nell'Istituto di Fisica. Può sembrare infatti abbastanza strano che tra gli strumenti appartenenti al Gabinetto dell'Istituto di Fisica non figuri un modellino della dinamo di Antonio Pacinotti, come pure è strano che della polemica sulla priorità della scoperta e contro la "usurpazione" operata da Zenobio Gramme non vi sia traccia (o almeno non ne è rimasto il ricordo) a Pisa di qualche appoggio a Pacinotti, tranne che nella rivista Il Nuovo Cimento. Neppure il padre Luigi, che pure fin dal 9.12.1862 gli rilasciò un attestato in cui si fa menzione della macchina elettro-magnetica, che poi venne inclusa nell'inventario del Gabinetto di Fisica Tecnologica nel 1874 , sembra voler intervenire.
La biblioteca del Dipartimento di Fisica conserva un gruppo di pubblicazioni, quasi tutte riferite alla macchina elettrodinamica, cucite insieme (con una copertina ricavata da un pezzo di busta inviata ad Antonio Pacinotti con timbri del 7 maggio 1911), e con dedica di mano dello scienziato pisano: "Al Chiaris.mo Prof. A. Battelli in segno di affetto e stima invia A.Pacinotti".