GALVANOMETRO E MOTORE ELETTRICO CON DUE CALAMITE

Per galvanometro si intende in pratica una versione "casereccia" dei microamperometri a lancetta che si trovavano in commercio fino a qualche anno fa.. prima cioe' che diventassero pezzi da museo grazie all'avvento dei display digitali.

Il galvanometro cosi' come la turbina che genera corrente o il motore elettrico sono fatti esattamente allo stesso modo e in pratica sono soltanto una diversa applicazione dello stesso fenomeno elettromagnetico: se un pezzo di metallo dolce attraversa un campo magnetico viene prodotta una corrente di elettroni.

Un motore elettrico quindi non e' altro che una serie di spire di filo smaltato contenute all'interno di una camera fatta da calamite, dato che spostando le spire all'interno del campo si ottiene una certa corrente fornendo corrente alle spire si ottiene per reazione inversa il movimento.

La turbina e' lo stesso motore elettrico che viene usato "dalla parte opposta": le spire vengono fatte girare da una forza esterna e muovendosi all'interno del campo magnetico fornito dalle calamite all'interno delle prime si genera una corrente.

Il galvanometro e' ancora la stessa cosa: un avvolgimento di spire messo all'interno di un campo magnetico generato da delle calamite. Se si fornisce corrente alle spire queste genereranno a loro volta un campo magnetico che interagendo con quello della calamita fara' muovere l'avvolgimento in maniera proporzionale alla corrente fornita.

Il galvanometro di per se e' di facile costruzione specialmente se si intende costruire un apparecchio in grado di misurare correnti debolissime e un esempio -storico- di galvanometro di questo tipo lo si puo' trovare sul museo virtuale del Politecnico di Torino:

Cosa serve per costruire una cosa analoga?

materiale:

2 calamite normalissime a forma di parallelepipedo con i poli N e S disposti sugli assi lunghi.

     N ---------------- S (no)           

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N  |  S    (si)
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del filo da pesca che sia il piu' sottile possibile.
un po' di stecchette di legno (anche compensato)
uno specchietto circolare
un diodo laser 
del filo di ferro zincato
un righello di plastica trasparente millimetrato.

Questo lo schema per la costruzione:

 L'avvolgimento dovra' essere fatto nel seguente modo:

Si taglia un pezzetto di legno a forma di parallelepipedo (dimensioni ca 2.5cm x 1cm x 1cm) lo si riveste con un foglio di carta, quindi si prende del filo di rame smaltato molto sottile (0.15 / 0.10) e si avvolgono (sulla carta in modo da poterle poi sfilare senza problemi dal pezzetto di legno) una cinquantina di spire ben serrate tra di loro e cercando per quanto possibile di non accavallarle (se un paio si accavallano fa lo stesso :) ), di seguito tornando indietro si riavvolgono altre cinquanta spire ben serrate su quelle gia arrotolate al legnetto .. si fanno almeno una decina di strati in questo modo.

Finito uno strato bisogna -legare- le spire tra loro con un po' di cera o anche con qualche goccia di attak (se si attacca un po' anche la carta di sotto non fa nulla) ripetendo questa azione finche' come prodotto finito non si avra' l'avvolgimento che si vede nello schema privato per quanto possibile della carta e del legnetto di sostegno.

Andranno lasciati esterni e abbastanza lunghi i due fili  terminali dell'avvolgimento.

NB: Nel caso del "galvanometro a filo" i due terninali e' bene lasciarli fuoriuscire dallo stesso lato dell'avvolgimento mentre invece nel caso del galvanometro-motore dovrebbero essere lasciati su lati opposti.

Note:

L'avvolgimento dovra' essere attaccato ad un tubetto di metallo (va bene anche uno spezzone di antenna telescopica per radiolina) usando cera o attak e questo ad un pezzo di filo di nylon da pescatore. Sul tubetto di metallo sul piano parallelo all'avvolgimento stesso si attacchera' uno specchietto.

Il Diodo laser dovra' essere fissato alla base di sughero con un po' di filo di ferro.

Taratura:

Si da corrente al diodo laser, si aggiusta manualmente l'attaccatura del filo da pesca con l'intelaiatura di legno in modo tale che  il fascio laser colpendo lo specchietto vada di rimbalzo a colpire il centro del righello trasparente.

Si prova a stringere tra le mani  due capi terminali dell'avvolgimento (che come precedentemente detto devono essere lasciati molto lunghi per evitare che i microspostamenti della mano non influiscano sullo spostamento dell'avvolgimento.. volendo si potrebbe lasciare una decina di cm di filo dall'avvolgimento fino ad un punto di fissaggio sulla base.. e poi tirare da questo punto di fissaggio (sempre attak o cera) altri 10/20 cm di filo)

Lo specchietto ruotera' di poco assieme all'avvolgimento facendo si pero' che il raggio laser si sposti in maniera piu' marcata sul righello.

Avendo a disposizione due generatori di correnti di riferimento note si potra'  tarare il righello in modo da poter normalizzare X mm in Y Ampere.

GALVANOMETRO-MOTORE:

Meno preciso (nel senso che sara' adatto a misurare correnti piu' elevate) ma di piu' facile costruzione (i materiali sono gli stessi) potrebbe essere questa variante di galvanometro:

Con questo tipo di montaggio l'avvolgimento dovra' essere fissato (con attak o cera)  a due braccia di filo di ferro sulle quali andranno saldati i terminali uscenti.

Le due braccia dell'avvolgimento saranno posate su due staffe fatte sempre col filo di ferro e queste ancorate alla base di sughero. A queste due staffe dovranno essere collegati i cavi per il testaggio della corrente.

Vista: montaggio del diodo laser

Note:

Qui gli unici problemi sono:

1. cercare per quanto possibile di far si che tra la staffa di sostegno dell'avvolgimento e le braccia dell'avvolgimento stesso (tutto in filo di ferro zincato raddrizzato come spiegato nella sezione varie) ci sia il minor attrito possibile quindi: non usare grasso, olio o altro materiale ma bensi' tenere pulita sia la staffa che il braccio magari levigando e lucidando (delicatamente) la superficie con una pelle inumidita e cosparsa di polvere abrasiva finissima. 

2. Lo specchietto: il peso dello specchietto per quanto esile tende a far spostare l'avvolgimento in posizione piana e parallela alle calamite. Dato che questo NON deve succedere e' bene fissare lo specchietto al braccio sinistro dell'avvolgimento con un po' di attak.. ma prima bisogna creare con dello stagno una -bolla- centrale allo specchietto e sul lato opposto dello stesso braccio in modo che il peso di questa equilibri quello del vetro.  
Per dare un'idea empirica della bolla basti pensare che uno specchietto circolare di 2cm di diametro e dello spessore di 1mm puo' pesare circa quanto una semisfera di stagno del raggio di 3/4mm. Nel primo disegno le dimensioni che si vedono (bolla - specchietto) sono piu' o meno realistiche.

Per la taratura si precede in maniera analoga allo strumento a filo proposto precedentemente.

MOTORE:

per far funzionare questo secondo tipo di galvanometro come un motore elettrico l'unico accorgimento da usare sara' quello di creare un avvolgimento a-croce (in pratica come due avvolgimenti dello stesso tipo descrittosopra ma con le spire diposte in maniera perpendicolare tra loro .. come si vede nello schema):

I due avvolgimento potranno essere ottenuti sia costruendo due blocchi di spire diversi ed unendo poi i capi terminali da una parte e dall'altra saldando questi ultimi al braccio in filo di ferro posto sullo stesso lato, oppure sfruttando un avvolgimento a filo unico (il motore sara' piu' efficiente) : in questo caso pero' il legnetto interno non sara' piu' eliminabile quindi meglio usare del legno molto leggero come ad esempio un tappo grande in sughero squadrato con un coltello.

Nota 1: attenzione a non dare correnti troppo elevate al motore perche' l'asse braccia-avvolgimento potrebbe piegarsi, rompersi o addirittura volare via. 

Nota 2: all'attacco braccio-staffa avvengono delle microscintille durante la rotazione, molto piccole ma sufficienti per arroventare il filo di ferro.. attenzione quindi onde evitare di impararlo dopo- ustionandosi un dito come e' successo a me. ;-)