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Museo di Fisica

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 » Bobina bifase con Aghi e Palette (0185)

Immagini

Conduttore rotante
Disegno 2
Campo magnetico risultante
Disegno 3
Foto bobina
Foto 1

DESCRIZIONE

Si tratta di un dispositivo ad uso didattico per mostrare l'utilizzo pratico di un campo magnetico rotante, in grado di produrre la rotazione di una sagoma metallica. In questo caso la sagoma è composta da tre dischetti e sette aghi ed è libera di ruotare su un perno verticale posto al centro delle bobine. Le bobine hanno uguale numero di spire, sono disposte ortogonalmente e gli avvolgimenti sono di filo metallico in guaina isolante, di colore diverso per motivi didattici.

Il tutto è montato su una base circolare di legno provvista di quattro morsetti per il collegamento con l'Apparecchio di Weinhold tramite quattro terminali marcati (2, 3, 5, +). L'apparato di Weinhold converte la corrente continua in corrente alternata bifase e trifase; di conseguenza, le bobine generano al centro un campo magnetico che varia nel tempo in maniera pressoché sinusoidale con i massimi sfasati di 90° fra una bobina e l'altra.

Il principio del campo magnetico rotante è alla base del funzionamento dei motori a corrente alternata, sia sincroni che a induzione.

L'ampiezza di un campo magnetico rotante rimane costante mentre la sua direzione cambia continuamente intorno ad un asse fisso, con una velocità angolare uniforme. Tale campo può essere generato da un sistema di bobine stazionarie alimentate con c.a. monofase, bifase, o trifase. Una disposizione con la c.a. bifase è illustrata nel Disegno 2 (Conduttore rotante).

Nel disegno A,B e C,D sono coppie di poli di elettrocalamite dove passa la corrente alternata. La corrente fornita alla coppia A,B è rappresentata da:

Equazione: [i_1 = I_0\cdot \sin(\omega\ t)]

mentre quella in C,D è rappresentata da:
Equazione: [i_2 = I_0 \cdot\sin(\omega\ t + \pi/2)]

I campi magnetici generati da queste due correnti sono sfasati di 90° e la loro intensità ad ogni istante è proporzionale alle correnti, come mostra il disegno 3.

Quando la corrente è massima (Formula: [I_0] ) il campo magnetico è anche massimo (Formula: [H_0]). La risultante dei campi (Formula: [H_1]) e (Formula: [H_2]) lungo A,B e C,D rispettivamente è rappresentata da:

Equazione: [H_1 = H_0\cdot\sin(\omega\ t )]


Equazione: [H_2 = H_0\cdot\sin(\omega\ t + \frac{\pi}{2}) = H_0\cdot \cos(\omega\ t)]

La risultante dei due campi magnetici è data da:

Equazione: [H = \sqrt{H_1^2 + H_2^2} = \sqrt{H_1^2\sin^2(\omega\ t) +H_2^2\cos^2(\omega\ t)}]

La direzione della risultante è:

Equazione: [\tan(\theta) = \frac{H_0\sin(\omega\ t)}{H_0 \cos(\omega\ t)} =\tan(\omega\,t)]

quindi:
Equazione: [\theta =\omega\,t]

Il campo risultante ha quindi un valore costante (Formula: [H_0]) e ruota con una velocità angolare costante ω nel senso antiorario.

Se il campo magnetico Formula: [H_1] precede Formula: [H_2] di 90°, allora la risultante ruoterà nel senso opposto con la stessa velocità angolare. Se all'interno del campo magnetico si dispone un conduttore o una bobina, come nel disegno 2, in essi sarà indotta una f.e.m. a causa della rotazione del campo magnetico. Secondo la legge di Lenz, anche il conduttore comincerà a ruotare nello stesso senso in modo da ridurre la velocità relativa fra sè stesso ed il campo risultante.

Per la corrente alternata monofase, si genera la differenza di fase di 90° inserendo un'induttanza nel circuito fra una coppia di poli, e un condensatore nel circuito dell'altra.

Dati Catalografici

Data di costruzione:---
Data di carico:Ignota
Nr. Inventario:Ignoto (Ignoto)
Costruttore:Costruttore sconosciuto
Materiale:legno, rame, ottone
Dimensioni:Diametro della base: 9 cm; altezza: 7 cm
Diametro della girandola: 13,5 cm
Conservazione:ottimo