Macchina di Wimshurst

La macchina di Wimshurst

Valeria Aquino 5° A-OSA

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La macchina di Wimshurst è nota per la sua capacità di generare differenze di potenziale di diverse centinaia di migliaia di volt. È stata utilizzata storicamente per esperimenti scientifici e per dimostrazioni di elettrostatica, nonché nei primi esperimenti con i raggi X.

Introduzione

La macchina di Wimshurst è un generatore elettrostatico inventato da James Wimshurst alla fine del 19esimo secolo. È progettata per produrre alte tensioni elettriche attraverso l’induzione elettrostatica.

Descrizione

La macchina è costituita da 2 dischi isolanti coassiali molto vicini, che possono essere di vetro o plastica e hanno un asse in comune. I dischi ruotano in direzioni opposte tramite una manovella manuale collegata a una serie di cinghie. Sulla superficie dei dischi ci sono dei settori di carta stagnola disposti in modo radiale. Su ciascun disco, inoltre, strisciano 2 coppie di spazzole collegate da 2 conduttori. All'estremità dei dischi ci sono 2 pettini diametralmente opposti che comunicano con 2 conduttori metallici, ciascuno dei quali termina con una sfera. Le 2 sfere si trovano molto vicine al di sopra dei dischi.

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L'induzione elettrostatica

L’induzione elettrostatica nella macchina di Wimshurst è il principio che consente la generazione di cariche elettriche opposte su porzioni differenti dei dischi senza contatto diretto. Essa avviene in 4 fasi.

Fase 4

Fase 2

Fase 1

Fase 3

Fasi dell'induzione elettrostatica

Spiegazione completa

Mentre i dischi ruotano, le spazzole metalliche raccolgono cariche elettriche. Attraverso l’induzione elettrostatica, si formano cariche opposte su punti corrispondenti dei dischi, cioè sui settori di carta stagnola. Queste cariche sono amplificate dai pettini, fino a quando l’energia accumulata viene scaricata attraverso le 2 sfere, che producono una scintilla tra di loro.

In azione ...

1° fase

Quando i dischi iniziano a ruotare, alcune cariche elettriche iniziali sono già presenti sui settori di carta stagnola dei dischi. Queste cariche iniziali, anche se piccole, sono sufficienti per avviare il processo di induzione elettrostatica.

3° fase

I pettini conduttori, situati vicino ai dischi, raccolgono e amplificano queste cariche indotte. Ogni volta che un settore di carta stagnola caricato passa davanti a un pettine, la carica viene raccolta e trasferita ai conduttori collegati, dove viene ulteriormente amplificata. Questo meccanismo avviene ciclicamente con ogni rotazione dei dischi.

Con il continuo ruotare dei dischi, il processo di induzione elettrostatica si ripete e le cariche si accumulano sui conduttori. Man mano che la differenza di potenziale cresce, queste cariche vengono accumulate in quantità maggiori fin quando non si crea una differenza di potenziale sufficiente a provocare una scarica elettrica tra le 2 sfere poste all'estremità dei conduttori.

4° fase

2° fase

Mentre i dischi ruotano, le cariche presenti sui settori di carta stagnola influenzano i settori opposti grazie all’induzione elettrostatica. Questo avviene quando un settore caricato su un disco passa davanti ad un settore vicino sul disco opposto. La carica iniziale induce una carica di segno opposto sul settore vicino sul disco opposto, senza trasferimento diretto di elettroni, ma solo per attrazione o repulsione a distanza.