LA STRANA BOLLA

GENERATORE DI CORRENTE MEDIANTE FRIZIONE  

La fig. 1 mostra la realizzazione di base di un generatore a frizione. Dopo alcuni test è stato trovato che le monete di rame-nichel erano la scelta ideale e sono state quindi adottate come dischi di riferimento. Queste monete sono facilmente disponibili, delle giusta misura e quello che rimane da fare e quello di levigare il bordo con carta vetrata di tipo fine. Il metallo da testare è stato posto sul bordo esterno della moneta e la tensione misurata con il disco in rotazione. Sono stati testati diversi tipi di metalli con lo scopo di trovare quello che da la maggiore uscita. Il risultato è riportato nella tabella insieme con la serie triboelettrica e la serie termoelettrica. I metalli provati non sembrano seguire nessuna delle due serie sebbene ci sia da aspettare un modesto contributo dovuto all'effetto termoelettrico dal momento che il metallo in prova è destinato a diventare leggermente più caldo del disco in rotazione. Ai terminali d'uscita sono stati collegati un condensatore da 2200μF in parallelo con una resistenza da 4.7KΩ e la misura di corrente è stata effettuata collegando direttamente uno strumento digitale ai terminali stessi; la lettura comprende quindi la caduta di tensione dovuta ai contatti striscianti e la resistenza interna dello strumento.

La tensione è positiva e proporzionale alla velocità del disco, indipendentemente dalla direzione di rotazione, ma è anche proporzionale alla pressione applicata al contatto del metallo sotto prova. In effetti, più è levigata la superficie più è necessaria una maggiore pressione per ottenere la stessa tensione. Una superficie ruvida richiede una pressione minore ma la resistenza interna del generatore aumenta.

Alla fine è stato trovato che il bismuto forniva la maggiore lettura sullo strumento. Tuttavia, sono stati provati solo una piccola parte di metalli e leghe e probabilmente esiste una combinazione di materiali che potrebbero fornire una prestazione migliore. Per esempio, è stato per caso che era disponibile per prova un campione di ferrite conduttiva che ha dato la maggiore lettura di tensione negativa; comunque questo campione aveva una resistenza di alcuni KΩ, non proprio un buon conduttore e sicuramente non adatto per un generatore di corrente.

La serie di elettrofrizione

La tensione d'uscita è stata misurata per parecchi metalli (tavola 1). L'uscita è puramente indicativa dal momento con non si è potuta conservare sempre la stessa consistenza specialmente per quanto riguarda pressione e grado di finitura della superficie. Questi metalli sembrano seguire una loro propria regola anche se misure più accurate potrebbero dare dei risultati più vicini alla serie triboelettrica (tavola 2).

Un esperimento (fig. 2) è stato eseguito per vedere come un riscaldamento locale influenzi la tensione d'uscita. Ci si aspettava che una piccola tensione positiva si manifestasse a causa del calore generato dalla frizione tra il metallo in prova e il disco di rame-nichel. L'esperimento ha solo in parte confermato questo perché una tensione positiva simile è stata effettivamente generata ma solo quando il campione in prova è stato riscaldato ad una temperatura di 80°-100° sopra la temperatura ambiente. Il normale riscaldamento dovuto alla frizione nel nostro generatore è stato misurato essere solo alcuni gradi sopra la temperatura ambiente. La conclusione è che la maggior parte della tensione proviene dall'effetto della frizione e non dall'effetto termico, inoltre, è stato anche trovato che la ferrite conduttiva forniva una misura positiva durante l'esperimento della fig. 2 mentre nel generatore a frizione fornisce una tensione negativa. Esattamente l'opposto succede con il bismuto: nell'esperimento di fig. 2 fornisce una tensione negativa ma da una tensione positiva nel generatore a frizione. Non è chiaro come ciò avvenga e non è stato oggetto di ulteriori studi. Si deve sottolineare che l'esperimento di fig. 2 non segue la serie termoelettrica (tavola 3): qui la tensione più alta è ottenuta da differenti metalli riscaldati alla stessa temperatura, per esempio, una giunzione ferro-bismuto è la migliore mentre non lo è una giunzione zinco-alluminio. Nella fig. 2 abbiamo differenti metalli riscaldati a temperature diverse, in effetti, in questo esperimento, anche lo stesso metallo, ma ad una temperatura diversa, fornisce una tensione di uscita.

Altre configurazioni

La tensione di questi dispositivi è generalmente abbastanza bassa e non è fattibile collegare più unità in serie dal momento che aumenterebbe il numero di contatti striscianti.

Una soluzione al problema di cui sopra è quella di avere due dischi invece che uno: con una scelta opportuna dei materiali si può duplicare la tensione d'uscita. La fig. 3 mostra come un insieme di metalli "complementari", in questo caso bismuto e la lega rame-nichel, darà il doppio della tensione utilizzando una sola coppia di contatti. Il problema di queste configurazioni, e tutte quelle che usano bismuto, è che questo metallo è piuttosto fragile ed è difficoltoso tagliarlo a forma di disco  poiché si frantuma durante l'operazione. La soluzione migliore è quello di fonderlo in uno stampo adatto ma questo non è sempre possibile e l'unica alternativa è quella di fonderlo e versarlo su di una superficie metallica piatta e quindi ritagliarlo utilizzando la punta di un saldatore ben caldo oppure sminuzzare la parte in eccesso un po' alla volta. Il bismuto ha un basso punto di fusione, simile al piombo, e l'operazione di fusione può essere eseguita in cucina, utilizzando tutte le precauzioni del caso.

Un altro modo per elevare la bassa tensione è quello di utilizzare un trasformatore ma per fare ciò serve un generatore di corrente alternata e la fig. 4 mostra una possibile soluzione: il disco è diviso in due metà con entrambi i contatti, dello stesso materiale, posti in opposizione sul bordo del disco. La frequenza di lavoro era di 25Hz, and con un trasformatore 1:100 si ottiene una tensione più utile. Per questa prova è stato utilizzato un trasformatore impiegato nei saldatori a pistola.

Influenza del tipo di materiale sul generatore omopolare di Faraday

Avendo fatto esperimenti nel passato con il generatore omopolare di Faraday, ero interessato a vedere l'influenza del materiale dei contatti sulle prestazioni di questi generatori. Nella fig. 5 è mostrata una classica configurazione che utilizza un potente magnete al neodimio placcato in oro. Nessuna apprezzabile differenza era rilevabile quando il contatto A era in rame, alluminio o oro ma la differenza era chiaramente evidente quando il contatto A era di bismuto. La tensione creata per mezzo della frizione dalla coppia metallica oro-bismuto si addiziona algebricamente alla tensione generata dall'effetto omopolare. Nell'esempio di fig. 5, la tensione generata in questo modo è di +1.5mV e si addiziona in un caso e si sottrae se si inverte il senso di rotazione o si cambia polarità. Non tutte le configurazioni meccaniche mostreranno questo effetto: quando i contatti sono simmetrici non c'è influenza del tipo di materiale usato ma sarà evidente nel caso di contatti asimmetrici come in fig. 5.

In tutti gli esperimenti abbiamo visto l'importanza del materiale usato e ci sono metalli o loro leghe che funzioneranno meglio di altri; la costantana, per esempio, sembra essere una migliore alternativa alle monete a base di nichel, ma erano disponibili solo dei fili per fare gli esperimenti e non si è potuto usare come disco di riferimento. Anche materiali ceramici altamente conduttivi sono interessanti e qualche sorpresa potrebbe venire dal mercurio, facile da reperire ma difficile da usare in queste applicazioni poiché è un liquido. Probabilmente il miglior materiale sarà sotto forma di una lega ancora sconosciuta o un superconduttore, fino ad arrivare ad avere frizione senza contatto, come investigato da alcuni ricercatori. Nel frattempo, se volete fare esperimenti con il bismuto, potete trovarlo in alcuni negozi per munizioni dal momento che viene occasionalmente utilizzato al posto dei pallini di piombo oppure ordinarlo online presso qualche fornitore come, per esempio, www.scitoys.com. 

Documenti correlati

1)  Serie termoelettrica - http://www.xyroth-enterprises.co.uk/thermser.htm

2)  Serie triboelettrica  - http://www.ece.rochester.edu/~jones/demos/triboseries.html

4)  Di Mario, D. 2001, Faraday's Homopolar Generator, Electronics World, (vol. 107-1786), Highbury Business Communications, Swanley, UK

Cos'altro?  Indietro tutta alla pagina principale

 Contact: togliere s dall'indirizzo