Descrizione Vetrina <Galvanometri>

Un galvanometro (il nome deriva da quello di Luigi Galvani) rileva o misura la corrente elettrica. In esso sono sempre presenti una parte mobile e una parte fissa: il passaggio della corrente nel galvanometro produce un movimento della parte mobile, dovuto alle forze elettromagnetiche, proporzionale alla corrente stessa.

Galvanometri ad ago mobile

Nei galvanometri ad ago mobile la corrente viene convogliata in una spira o in una bobina che rimane fissa, all’interno della quale c’è un ago magnetico che può ruotare liberamente perché appeso a un filo di seta oppure appoggiato, con basso attrito, su un supporto.

Uno dei più antichi qui esposti è Galvanometro universale di Majocchi⁵³³, ideato nel 1834 da Giovanni Alessandro Majocchi (1795–1854) che copri la cattedra di Fisica a Torino dal 1851 sino alla morte. Una semplice spira posta in un piano verticale è fissata a una base fissa che viene ruotata, in assenza di corrente, fino a disporre il piano della spira nella stessa direzione dell’ago magnetico (che coincide con quella della componente orizzontale del campo magnetico terrestre). Inviando una corrente nella spira, l’ago ruota fino a fermarsi all’angolo di equilibrio fra il campo magnetico prodotto dalla spira e il campo magnetico terrestre (angolo che si può leggere sul disco graduato riccamente decorato). Sollevando o abbassando l’ago oppure cambiando le dimensioni della spira si può cambiare il valore del campo magnetico della spira nella posizione dell’ago e quindi l’angolo di equilibrio. Lo stesso professor Majocchi definì “ universale" questo galvanometro, in quanto

“ ... con semplicissimo congegno si può rendere adattato a misurare quasi le più piccole correnti idro-elettriche, non che quelle provenienti da un elemento di zinco e rame che abbia pur anche otto e dieci piedi di superficie... ".

Sullo stesso principio è basato il galvanometro riducibile a bussola delle tangenti³¹⁸, in cui l’intensità della corrente si deduce dalla tangente dell’angolo di cui è ruotato l’ago e dal valore del campo magnetico terrestre locale.

Molto più frequenti e più facili da usare sono i galvanometri ad ago mobile in cui l’ago è appeso a un filo di seta e ruota fino a fermarsi a un angolo di equilibrio fra il momento torcente del filo e quello dovuto all’interazione con il campo magnetico prodotto dalla spira, che è proporzionale all’intensità della corrente. In questi galvanometri, la misura della corrente è influenzata dal campo magnetico terrestre, che va a sommarsi vettorialmente al campo magnetico prodotto dalla corrente circolante nella spira. Per ridurre l’effetto, Nobili inventò il sistema astatico nel quale l’ago magnetico sospeso al filo di seta e posto all’interno della spira viene fissato rigidamente un secondo ago, identico al primo ma posto all’esterno della spira con polarità invertite, in modo da cancellare l’azione del campo magnetico terrestre.

Uno dei più antichi esempi è il galvanometro di Schweigger³⁵³ che, nello strumento esposto, ha un’altra modifica importante, oltre a quella astatica, che ne migliora la risoluzione: la corrente viene fatta circolare, anziché in una semplice spira, in un avvolgimento avvolto su un telaio rettangolare, in modo che l’effetto risulta amplificato ( moltiplicatore di Schweigger).

Un sistema alternativo è quello usato nel galvanometro a riflessione di Thomson³⁵⁰ (Lord Kelvin), nel quale l’azione del campo magnetico terrestre è annullata tramite due “magneti compensatori", posti al di sopra dello strumento con polarità opposte e rigidamente collegati al filo di sospensione, la cui posizione può essere aggiustata in modo da regolare lo “zero" dello strumento in assenza di corrente elettrica. Lo strumento raggiunge un’alta sensibilità e rapidità perché utilizza un piccolo ago magnetico fissato a uno specchietto solidale con il filo di sospensione: la sensibilità viene ottenuta tramite un sistema a riflessione collegato allo specchietto, che amplifica l’angolo di torsione, mentre la rapidità è migliorata grazie alla piccola massa della parte rotante.

I sistemi ad ago mobile e bobina fissa permettono di giocare in vari modi con la corrente. Ad esempio nel galvanometro differenziale di Gourjon⁵³⁴ vi sono due avvolgimenti indipendenti: facendoli percorrere da due correnti in verso opposto, l’angolo di rotazione della bobina è proporzionale alla differenza tra le due correnti. Ciò permette di confrontare correnti diverse o di misurare con precisione piccole asimmetrie fra gli avvolgimenti oppure effetti dovuti ai contatti (ad esempio per effetto termoelettrico).

Galvanometri a filamento mobile

Nei galvanometri a filamento mobile la corrente da misurare viene inviata in un filo in grado di muoversi, se percorso da corrente, sotto l’azione di un campo magnetico esterno, mantenuto fisso. I più comuni sono i galvanometri a bobina mobile²⁹, in cui la corrente da misurare viene inviata in una bobina in grado di ruotare attorno al proprio asse. La bobina è appesa a un filo di seta o di quarzo oppure montata su una molla a spirale ed è immersa fra le espansioni polari di un magnete. Inviando la corrente, la bobina ruota e si ferma a un angolo di equilibrio fra il momento torcente del filo (o della molla di richiamo) e quello, proporzionale all’intensità della corrente, dovuto all’interazione con il campo magnetico.

Nel galvanometro di Einthoven¹⁵⁴ non c’è una bobina rotante, ma un semplice filo che, quando è percorso da corrente, si sposta in direzione perpendicolare al campo esterno e alla corrente, per cui è chiamato anche “galvanometro a filo". Questo tipo di strumento è molto interessante perché, inventato dal fisiologo olandese Einthoven per misurare i deboli impulsi elettrici del cuore, divenne il primo esempio di elettrocardiografo (e valse a Einthoven il premio Nobel per la medicina nel 1924). Per misurare gli impulsi elettrici del cuore uno strumento deve avere una rapidità di risposta dell’ordine della frazione di secondo, che si ottiene tendendo opportunamente il filo, e una sensibilità a correnti molto piccole (dell’ordine o minori di 10^-3A), che si ottiene traguardando lo spostamento del filo con un microscopio.

I galvanometri a vibrazione³⁶³ sono una modifica del galvanometro a bobina mobile per rivelare e misurare deboli correnti alternate di alta frequenza. La bobina è fissata a un filo, che è tenuto teso mediante viti poste agli estremi: inviando una corrente alternata di frequenza f₀, la bobina inizia a oscillare con un’ampiezza che diventa molto grande se f₀ è prossima alla frequenza naturale f di oscillazione del filo. Operando opportunamente sulla tensione

tensione elastica del filo si varia f fino a raggiungere la condizione di risonanza con f₀: in queste condizioni l’ampiezza è proporzionale all’intensità della corrente.