Si tratta di un modello abbastanza simile, non di una perfetta riproduzione, di quello che fu un generatore di alta tensione ampiamente usato in quell'epoca e successivamente presente in tutti i laboratori di fisica delle scuole superiori.
I fenomeni di induzione alla base del suo funzionamento non sono immediatamente percepibili e questo aumenta il fascino di questa antica macchina che genera scintille. Inoltre a mio avviso è bella da vedere.
Per realizzare il modello mi sono basato su alcune delle tante fotografie che si trovano facilmente in rete, dove è pure possibile documentarsi sul suo funzionamento. Naturalmente ho scelto di realizzarlo in legno e ottone per copiare l'aspetto dei prototipi antichi, anche se ho usato del policarbonato e non della bachelite o del vetro per i dischi; questo perché la prima non è certo facile da reperire e inoltre a mio parere peggiora l'estetica non essendo trasparente e il secondo, cioè il vetro, è difficile da lavorare e molto permaloso.
Ho anche modificato il sistema di trasmissione in modo da evitare la cinghia incrociata, che temevo si sarebbe logorata per attrito; il risultato non cambia, cioè i due dischi sono comunque controrotanti come necessario e la soluzione mi sembra anche simpatica.
In fondo alla pagina ho messo il link per scaricare i disegni costruttivi, che naturalmente ciascuno può ridimensionare a proprio piacere. Avverto che si tratta di un lavoro lungo e che richiede una discreta precisione, ma il risultato mi sembra appagante.
I DISCHI
I dischi sono la parte più complessa da realizzare. Ho utilizzato due dischi di policarbonato da 3 mm., ma va benissimo anche il metacrilato(plexiglass); entrambe sono materie plastiche molto rigide e questo è utile, dato che i dischi ruotano molto vicini: sono separati da una rondella da 0,5mm. di spessore!. Meno adatti, a mio parere, sono quei fogli di polistirolo trasparente che si trovano nei brico (che spesso vengono confusi col "plexiglass"), perchè sono molto flessibili, anche se hanno il vantaggio di una più facile lavorabilità e reperibilità.
Su ciascun disco ho applicato dei settori di alluminio incollati con la colla spray, ma va bene anche il nastro biadesivo. I settori di possono semplicemente ritagliare con le forbici da alluminio molto sottile, per esempio quello delle teglie usa e getta, ma io ho seguito un altro metodo. Mi sono costruito una fustella ripiegando una striscia d'acciaio da molle stemperata, attorno ad una sagoma di ferro; l'ho fermata con alcuni punti di saldatura ad arco , poi l'ho temperata e affilata.
Usando la morsa da banco come pressa e un pezzo di legno come battuta, ho fustellato dell'alluminio ricavato da bombolette spray, poi, con un altro stampo e una sfera da cuscinetto, ho ricavato in ciascun settore un'imbutitura. Tutto questo solo per evitare che le spazzole di contatto vadano a strisciare sui dischi rovinandoli. E' chiaro che si tratta di un lavoro molto lungo che si può tranquillamente evitare. L'importante è rifinire bene i ritagli evitando che restino degli spigoli vivi o delle punte.
Per facilitare il posizionamento esatto dei settori, ho usato un disegno guida e qui torna molto comodo che i dischi siano trasparenti. Nella foto il mozzo è montato solo per motivi scenografici, ma in pratica va messo dopo.
Una nota importante: ho montato 18 settori per ciascun disco, ma potrebbe essere vantaggioso metterne di meno. Le perdite della macchina, che condizionano la lunghezza delle scintille, sono principalmente dovute a scariche tra settori adiacenti e questo è ben visibile azionandola al buio; montando un minor numero di settori e/o aumentando il diametro dei dischi, si possono ottenere delle scariche di maggior lunghezza.
LE PULEGGE
Le pulegge sono tornite in legno e recano una gola atta ad accogliere la cinghia di trasmissione; quest'ultima è costituita da un profilato per guarnizioni O-Ring da 3,5mm. di diametro giuntato a fetta di salame con colla cianoacrilica. E' un sistema comunemente in uso nelle officine per farsi guarnizioni su misura e dopo un lungo periodo d'uso posso assicurare che la giunzione tiene bene.
La cinghia compie lo strano percorso che si può vedere nella figura a destra; in questo modo, come ho già accennato, si evita di avere una cinghia incrociata ed inoltre la manovella si posiziona da un lato della macchina invece che di fronte, a beneficio anche della visibilità.
Una delle pulegge grandi è munita di un grano di fissaggio per renderla solidale con l'albero della manovella, mentre le altre tre sono folli ed hanno il foro guarnito da uno spezzone di tubo di ottone che funge da bronzina.
IL TELAIO
E' interamente realizzato in legno e i vari pezzi sono uniti mediante spine e colla per la base; spine e viti per i montanti e le colonne che devono essere smontabili. Le spine sono importanti per assicurare gli allineamenti, che altrimenti sarebbero un incubo ad ogni montaggio.
Consiglio di scegliere un legno duro e compatto, possibilmente con belle venature che migliorano l'estetica.
Tutte le parti in legno sono state abbondantemente imbevute di impregnante molto diluito prima della verniciatura con finitura cerata. Bisogna infatti evitare che il legno possa assorbire l'umidità atmosferica, perché tenderebbe a diventare conduttore, con le conseguenze che è facile immaginare.
I PETTINI COLLETTORI
Sono delle forcelle ad "U" di ottone munite di una serie di punte aguzze che sono posizionate a piccola distanza dai dischi; ai pettini spetta il compito di raccogliere le cariche estraendole dai settori mentre i dischi ruotano.
Per realizzarli, si parte col praticare i fori, ben allineati, su una barretta di ottone che solo successivamente verrà piegata e poi saldata alla vite che la collega alla colonnetta. Per evitare di danneggiarle, le puntine si inseriscono solo alla fine e se c'é abbastanza interferenza con i fori si può evitare di saldarle.
LE SPAZZOLE DI CONTATTO
Si tratta di due barrette che mettono in contatto i settori diametralmente opposti; queste sono le uniche parti che toccano fisicamente i settori.
Per realizzarle ho saldato due barrette di ottone, opportunamente piegate, ad una rondella munita di fori asolati che consente di regolare l'angolo rispetto alla verticale; il rendimento della macchina è infatti condizionato anche da questo angolo, che va trovato sperimentalmente.
A ciascuna estremità delle barrette c'è uno spezzone di tubo d'ottone che serve a fissare una laminetta di bronzo fosforoso che costituisce la spazzola di contatto. Ho usato dei contatti ricavati da un relay, dopo aver provato altre soluzioni; occorre infatti che il materiale delle spazzole sia elastico, perché altrimenti tenderebbero a rimanere sollevate per effetto degli urti contro le piastrine quando i dischi sono in rapida rotazione. Probabilmente se si usano settori piani, senza l'imbutitura, il fenomeno si riduce notevolmente, ma ormai li avevo fatti così...
I CONDENSATORI
Si tratta delle classiche "bottiglie di Leyda", che furono i primi condensatori della storia. Servono ad accumulare le cariche e conseguentemente a provocare scariche più potenti, visibili e rumorose; si noti che la differenza di potenziale non aumenta, anzi in effetti diminuisce perché aumentano le perdite, quindi non si vedranno scintille più lunghe, ma solo più energiche.
Per avere dei tubi di vetro di buon spessore, ho utilizzato due portacandele acquistati a basso prezzo nel noto emporio di mobili svedesi, tagliati con la mia apposita sega a disco diamantato (è un attrezzo utile che prima o poi pubblicherò nei progetti).
Le armature sono costituite da rettangoli di alluminio ricavati dalle teglie usa e getta e arrotolati a dovere; un poco di nastro adesivo o di colla serve per tenere in posizione l'armatura esterna, mentre quella interna ci sta con la sua elasticità.
Un occhiello di filo d'ottone mette in comunicazione l'armatura interna con il terminale superiore, mentre le armature esterne dei due condensatori sono collegate tra loro da un filo di rame che passa sotto la base.
I due terminali superiori saranno messi in contatto ciascuno con uno dei due pettini mediante una catenella che è possibile rimuovere a piacere per poter operare con o senza condensatori.
Ho utilizzato delle catenelle a pallini in ottone non nichelato, che mi piacevano esteticamente. In effetti, se si misura la resistenza delle stesse, ci si accorge che non conducono, perché sono formate da tantissime giunzioni e basta un velo invisibile di ossido, che non manca mai, per compromettere il contatto; ma nel nostro caso l'alta tensione passa tranquillamente e non ho riscontarto differenze rispetto a un filo di rame.
GLI ESPERIMENTI
Limitarsi ad usare il generatore per far scoccare delle scintille è molto limitativo. Per questo ho approntato anche alcuni accessori da collegare alla macchina per ottenere degli effetti attraenti.
IL MULINELLO
Si tratta di una girandola di fili d'ottone che quando è collegata ad uno dei terminali ruota vorticosamente per effetto del vento elettrico che sfugge dalle punte ricurve.
La costruzione deve essere particolarmente accurata per ottenere una perfetta simmetria, che si traduce poi nel bilanciamento. La girandola ruota su una punta di spillo.
LE PALLINE DANZANTI
Un tubo di plastica trasparente è chiuso sopra e sotto da due dischi di alluminio che vengono connessi ciascuno ad un polo della macchina. All'interno ci sono alcune palline di polistirolo espanso rese conduttrici con grafite o vernice a base di polvere metallica. Le sferette, che inizialmente sono posate sull'elettrodo di fondo, avviando il generatore vengono attratte dal polo superiore, che ha naturalmente polarità opposta, ma appena lo toccano vengono respinte di nuovo in basso e così via, in una frenetica danza.
IL CAMPANELLO DI FRANKLIN
Una sferetta metallica cava è appesa con un filo tra due campanelli ricavati da un vecchio telefono a disco. Ciascuno dei campanelli è collegato a un polo del generatore e quindi la sferetta viene attratta alternativamente dai due campanelli facendoli suonare.
Scarica tutti i disegni in formato PDF: Wimshurst.zip
LE SPAZZOLE DI CONTATTO
Si tratta di due barrette che mettono in contatto i settori diametralmente opposti; queste sono le uniche parti che toccano fisicamente i settori.
Per realizzarle ho saldato due barrette di ottone, opportunamente piegate, ad una rondella munita di fori asolati che consente di regolare l'angolo rispetto alla verticale; il rendimento della macchina è infatti condizionato anche da questo angolo, che va trovato sperimentalmente.
A ciascuna estremità delle barrette c'è uno spezzone di tubo d'ottone che serve a fissare una laminetta di bronzo fosforoso che costituisce la spazzola di contatto. Ho usato dei contatti ricavati da un relay, dopo aver provato altre soluzioni; occorre infatti che il materiale delle spazzole sia elastico, perché altrimenti tenderebbero a rimanere sollevate per effetto degli urti contro le piastrine quando i dischi sono in rapida rotazione. Probabilmente se si usano settori piani, senza l'imbutitura, il fenomeno si riduce notevolmente, ma ormai li avevo fatti così...
I CONDENSATORI
Si tratta delle classiche "bottiglie di Leyda", che furono i primi condensatori della storia. Servono ad accumulare le cariche e conseguentemente a provocare scariche più potenti, visibili e rumorose; si noti che la differenza di potenziale non aumenta, anzi in effetti diminuisce perché aumentano le perdite, quindi non si vedranno scintille più lunghe, ma solo più energiche.
Per avere dei tubi di vetro di buon spessore, ho utilizzato due portacandele acquistati a basso prezzo nel noto emporio di mobili svedesi, tagliati con la mia apposita sega a disco diamantato (è un attrezzo utile che prima o poi pubblicherò nei progetti).
Le armature sono costituite da rettangoli di alluminio ricavati dalle teglie usa e getta e arrotolati a dovere; un poco di nastro adesivo o di colla serve per tenere in posizione l'armatura esterna, mentre quella interna ci sta con la sua elasticità.
Un occhiello di filo d'ottone mette in comunicazione l'armatura interna con il terminale superiore, mentre le armature esterne dei due condensatori sono collegate tra loro da un filo di rame che passa sotto la base.
I due terminali superiori saranno messi in contatto ciascuno con uno dei due pettini mediante una catenella che è possibile rimuovere a piacere per poter operare con o senza condensatori.
Ho utilizzato delle catenelle a pallini in ottone non nichelato, che mi piacevano esteticamente. In effetti, se si misura la resistenza delle stesse, ci si accorge che non conducono, perché sono formate da tantissime giunzioni e basta un velo invisibile di ossido, che non manca mai, per compromettere il contatto; ma nel nostro caso l'alta tensione passa tranquillamente e non ho riscontarto differenze rispetto a un filo di rame.
GLI ESPERIMENTI
Limitarsi ad usare il generatore per far scoccare delle scintille è molto limitativo. Per questo ho approntato anche alcuni accessori da collegare alla macchina per ottenere degli effetti attraenti.
IL MULINELLO
Si tratta di una girandola di fili d'ottone che quando è collegata ad uno dei terminali ruota vorticosamente per effetto del vento elettrico che sfugge dalle punte ricurve.
La costruzione deve essere particolarmente accurata per ottenere una perfetta simmetria, che si traduce poi nel bilanciamento. La girandola ruota su una punta di spillo.
LE PALLINE DANZANTI
Un tubo di plastica trasparente è chiuso sopra e sotto da due dischi di alluminio che vengono connessi ciascuno ad un polo della macchina. All'interno ci sono alcune palline di polistirolo espanso rese conduttrici con grafite o vernice a base di polvere metallica. Le sferette, che inizialmente sono posate sull'elettrodo di fondo, avviando il generatore vengono attratte dal polo superiore, che ha naturalmente polarità opposta, ma appena lo toccano vengono respinte di nuovo in basso e così via, in una frenetica danza.
IL CAMPANELLO DI FRANKLIN
Una sferetta metallica cava è appesa con un filo tra due campanelli ricavati da un vecchio telefono a disco. Ciascuno dei campanelli è collegato a un polo del generatore e quindi la sferetta viene attratta alternativamente dai due campanelli facendoli suonare.
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