Girovagando in Internet ho
scovato questa efficace spiegazione del funzionamento della macchina
elettrostatica di Wimshurst.
Utilizzo la sequenza di
immagini tratte dall'animazione per dare qualche spiegazione del
meccanismo che permette di separare le cariche.
Presuppongo che il
funzionamento meccanico del dispositivo sia noto.
Nel disegno le parti a
tratto pieno sono quelle del disco frontale, mentre quelle
tratteggiate sono nel disco posteriore.
Come sappiamo, la macchina
deve iniziare a lavorare da una condizione di carica. Se questa
condizione non viene raggiunta (ad esempio tramite induzione
esterna), non si ha alcuna generazione di potenziale.
Perciò immaginiamo di
essere già a regime.
Ipotizziamo che le aree
colorate in rosso siano squilibrate con un eccesso di “carica
positiva” mentre quelle azzurre con un eccesso di “carica
negativa”. In realtà sappiamo che le uniche cariche che si
muovono, in questo caso, sono gli elettroni (cariche negative).
Le aree in grigio sono
neutralizzate o in equilibrio. Si suppone che il condensatore di
sinistra sia caricato positivamente mentre quello di destra sia
caricato negativamente.
Il disco frontale ruota in
senso orario mentre quello posteriore ruota in senso antiorario.
Si suppone che il settore
superiore del disco posteriore sia carico positivamente mentre quello
inferiore sia carico negativamente.
Quando il settore positivo
si presenta sovrapposto al settore neutro del disco frontale, avviene
una induzione che separa le cariche: negative sulla parte affacciata
e positive sull'altro lato. La barra di cortocircuito sul disco
anteriore (quadranti 2 e 4) annulla le cariche indotte sul settore
superiore con quelle opposte indotte sul settore inferiore.
A questo punto,
l'equilibrio dei settori anteriori (grigi) è garantito dal
bilanciamento delle cariche del settore superiore con quelle del
settore inferiore attraverso la barra di cortocircuito, ma ciascun
settore, separatamente da suo antipode, è oramai squilibrato.
Infatti, non appena i due
settori, superiore ed inferiore, escono dall'area di cortocircuito e
di induzione, si ritrovano non più bilanciati e trattengono la
carica indotta.
A questo punto, i due
settori del disco posteriore hanno esaurito la loro funzione e cedono
il loro eccesso di carica al collettore di sinistra
(rosso-condensatore positivo) e al collettore di destra
(azzurro-condensatore negativo) tornando neutri.
Toccherà ora ai settori
del disco frontale, rimasti carichi, di agire per induzione sui
settori del disco posteriore, oramai neutralizzati (grigi).
Appena i settori del disco
posteriore (neutri) si affacceranno a quelli del disco anteriore
(carichi), subiranno lo stesso tipo di induzione della fase
precedente dei settori anteriori.
Una volta
esaurita la funzione “inducente” i settori anteriori potranno
cedere il loro eccesso di carica ai collettori positivo e negativo.
I settori
possono essere moltiplicati lungo la circonferenza per aumentare
l'efficienza di separazione delle cariche.
Il funzionamento della macchina di Wimshurst si fonda sullo schema indicato di seguito.
NOV2014
