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DESCRIZIONE

Il "replenisher" (letteralmente "ricaricatore") è un piccolo generatore elettrostatico a induzione: il nome gli è stato dato da Sir William Thomson (lord Kelvin) che lo aveva ideato (nel 1868) per mantenere a un valore costante la carica dell'induttore del suo elettrometro. Thomson aveva in realtà "ri-inventato" un dispositivo già ideato da altri, in particolare da Giuseppe Belli, che nel 1830 aveva ideato uno strumento praticamente identico e lo aveva chiamato "duplicatore" ^[3], e da C.F.Varley, che ne aveva bravettato uno simile nel 1860.

Nello strumento in nostro possesso il replenisher serve a mantenere costante la carica di una bottiglia di Leyda. Il meccanismo a induzione elettrostatica è reversibile: rotazioni orarie/antiorarie corrispondono a fasi di cariche positive in un senso e negative in senso opposto.

L'apparecchio si presenta come un cilindro di ottone a doppia base con 5 finestre larghe 5 cm e alte 7 cm. Sulla base interna del cilindro, sorretta da una molla, poggia una bottiglia di Leyda in vetro, ricoperta esternamente da uno strato di stagno: il meccanismo a molla assicura dunque il contatto tra il cilindro d'ottone (terra) e lo strato di stagno. Nella bottiglia di Leyda veniva versato dell'acido solforico, che allo stesso tempo fungeva da conduttore e rendeva secca l'aria. Il replenisher è montato sotto il coperchio di materiale isolante (bakelite), fissato al cilindro di ottone tramite un meccanismo a incastro. Replenisher e bottiglia di Leyda sono quindi rigidamente connessi.

Come riportato nello schema (Disegno 1) della sua sezione orizzontale, il Replenisher è costituito di due coppie di lamine d'ottone cilindriche e concentriche, una esterna (AB) fissata al coperchio di bakelite, ed una interna (PQ) solidale al suo asse. L'asse fuoriesce dal coperchio, in modo da permettere la rotazione delle lamine P e Q tramite azione meccanica esterna. Adesso è presente solo un perno, ma probabilmente c'era anche una manovella.

Durante la rotazione, le lamine interne P e Q, collegate tra loro da materiale isolante, entrano alternativamente a contatto con due spatole metalliche (S₁ e S₄) infisse nelle lamine esterne A e B, e accessibili tramite due terminali diametralmente opposti sul coperchio di bakelite, così come con altre due spatole metalliche (S₂ e S₃ ), poste a contatto tra loro ma isolate dal resto del sistema.

La lamina A era posta a contatto con l'acido solforico nella bottiglia di Leyda mentre la lamina B è posta a terra essendo collegata con l'involucro esterno di ottone. Le due lamine (A e B) sono connesse all'esterno tramite i terminali.

Per comprendere il funzionamento del replenisher, supponiamo l'induttore A all'inizio debolmente carico positivamente (effetto ottenuto collegando il replenisher ad un opportuno dispositivo esterno), e seguiamo il portatore P durante la sua rotazione (per il portatore Q varranno le stesse considerazioni a patto di invertire i segni delle cariche).

Supponendolo inizialmente neutro e a contatto con S₂, il portatore P si carica negativamente per induzione rispetto ad A, trasferendo altrettanta carica positiva al portatore Q diametralmente opposto (tramite il contatto S₂-S₃). L'effetto di induzione è qui efficacemente utilizzato grazie all'ingegnosa disposizione spaziale della spatola S₂ all'interno di un buco ricavato nella lamina esterna A, con la quale d'altronde ricordiamo non esservi contatto alcuno. Il portatore Q, raggiunta la spatola S₁, trasferirà parte della sua carica positiva alla lamina A. Nel frattempo P sarà posto a terra tramite la spatola S₄, e quindi reinizializzato. In seguito, Q si caricherà negativamente in corrispondenza di S₂, ma il trasferimento di carica sarà questa volta più pronunciato, grazie a una maggiore induzione, dovuta a una maggiore carica positiva presente in A rispetto al ciclo precedente.

Ne consegue un procedimento di carica molto efficace dell'acido solforico, a contatto con A, secondo una legge di progressione geometrica rispetto al numero di cicli.

Una volta caricata la bottiglia di Leyda alla d.d.p. voluta, i terminali uscenti dal supporto permettono di mantenere a d.d.p. costante l'induttore dell'elettrometro di Thomson, o qualunque altro dispositivo.

OSSERVAZIONI

BIBLIOGRAFIA

• [1] Oreste Murani, "Trattato Elementare di Fisica" Vol II, Ulrico Hoepli Milano, 1931. Pgg. 386 - 388.
• [2] James Dredge, "Electric Illumination", Vol II, John Willy and Sons. New York. 1885. Pagg.26 - 28.
• [3] A. Rovida, "Il duplicatore del Belli e Il Replenisher di Lord Kelwin (Sir William Thomson)", Il Nuovo Cimento (1895 -1900) Volume 1. Number 1, 310 -312.
• [4] P. Fleury e J.P. Mattieu,"Elettrostatica Corrente continua Magnetismo", Zanichelli Bologna, para 21.3 , Pag. 494.
• [5] SIR WILLIAM THOMSON, "REPRINTS OF PAPERS ON ELECTROSTATICS AND MAGNETISM", Second Edition, Macmillan & Co. London,1884. Pag.334. URL [ http://www.archive.org/details/reprintofpaperso00kelvrich ]

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