dalla legge di Faraday ai romanzi di Jules Verne

Tutto ciò di cui hai bisogno per viaggiare al centro della Terra

Dal capitolo 11 del romanzo “Viaggio al centro della terra”, di J. Verne – fino alla rottura della stessa – il Dispositivi Ruhmkorff sono compagni di viaggio essenziali per i tre esploratori diretti nelle viscere della Terra.

… Due dispositivi Ruhmkorff che, tramite una corrente elettrica, hanno prodotto una luce molto portatile, sicura e salvaspazio. L’apparato di Ruhmkorff è costituito da una batteria Bunsen, attivata mediante bicromato di potassio, che non emette odori; una bobina di induzione collega l’energia elettrica prodotta dalla batteria con una lanterna disposta in modo particolare, in cui è presente una bobina di vetro in cui è stato effettuato il vuoto e solo un residuo di acido carbonico o azoto. Quando il dispositivo è in funzione, questo gas diventa brillante producendo una luce biancastra continua. La batteria e il mulinello sono posti in una borsa di pelle che il viaggiatore porta a tracolla. La lanterna, posta all’esterno, illumina a sufficienza nel buio più profondo, permette di avventurarsi, senza timore di esplosione, tra i gas più infiammabili, e non si spegne nemmeno nei cortili. acque più profonde …

Jules Verne, “Viaggio al centro della Terra”

È così che il famoso scrittore francese descrisse l’apparato di Ruhmkorff nei suoi romanzi scientifici e avventurosi, 1864-1865. Le luci di Ruhmkorff saranno le uniche fonti di luce per i tre protagonisti da quando decidono di tuffarsi nella foce del vulcano Sneffels, in Islanda. I dispositivi appariranno anche un anno dopo, nel romanzo “Dalla Terra alla luna”, oltre ad altri strumenti ormai obsoleti e / o pericolosi, ma al momento indispensabili per avventure di questo tipo.

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Il vulcano islandese Thrihnukagigur, inattivo da 4000 anni. In Islanda è possibile lasciarsi guidare attraverso le viscere e assaporare le avventure dei libri di Verne

Piccoli strumenti, grandi aziende

A causa di note vecchie e dubbie di uno scienziato sconosciuto, i tre partiranno per il centro del globo, e la loro vita sarà inesorabilmente nelle mani dei dispositivi di Ruhmkorff e di altri piccoli strumenti come cronometro, barometro, termometro eccetera. Un oggetto da tiro che all’epoca era l’unico mezzo di trasporto al di fuori di un laboratorio th utile per trarre conclusioni scientifiche, formulare ipotesi sui principi e navigare in ambienti ostili.

Se si pensa, ad esempio, alle esplorazioni oltremare, o alle esplorazioni sotterranee, così come alle mappe approssimative, c’era chissà cosa significa appoggiarsi, soprattutto quando necessario. La bobina di induzione, alias la bobina di Ruhmkorff, è la base del dispositivo menzionato da Verne. A quel tempo, la bobina era considerata un oggetto rivoluzionario, e possiede ha notevolmente contribuito allo sviluppo di molti altri strumenti basati su Faraday et al.

Crediti: riadattamento
Apparato di Ruhmkorff
Crediti: riadattamento di “Viaggio al centro della Terra” in versione a fumetti di Curd Ridel, Frédéric Garcia e Jacky Robert, Mondadori Comics

Heinrich D. Ruhmkorff, il tecnico premiato da Napoleone

HD Ruhmkorff era un elettromeccanico tedesco con una carriera piuttosto curiosa. Non stando bene, dopo le elementari dovette cercare un lavoro. Ha lavorato in vari laboratori tecnici e si è subito interessato al lavoro di grandi scienziati come Davy, Faraday, Herschel e Brewster. Raggiunta l’età adulta e una notevole esperienza, si stabilì da solo ea Parigi si dedicò alla costruzione di utili strumenti nel campo della fisica sperimentale. Il talento e l’impegno gli hanno fatto guadagnare clienti come importanti professori e ricercatori del Sorbonne.

Premio della Legion d’Onore e Volta

La fabbricazione della bobina valse a Ruhmkorff la croce diOrdine Nazionale della Legion d’Onore – società che mira a premiare il merito sociale o militare stabilito da Napoleone Bonaparte – chi era all’epoca il il più alto riconoscimento concesso dalla Repubblica francese. Ad oggi, l’ordinanza è ancora in vigore e al vertice c’è il Presidente della Repubblica francese. Nel 64, per la bobina di induzione, Ruhmkorff vinse anche il Premio Volta di 50.000 franchi, anch’esso creato da Napoleone III, che premia straordinarie scoperte scientifiche legate all’elettricità.

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Bobina di Ruhmkorff, il generatore che ha fatto la storia

Ruhmkorff costruì la sua bobina di induzione nel 1851. Infatti, si dice che non fu il primo a brevettare la bobina di induzione, successivamente attribuita a N. Callan, 1836. Tuttavia, la versione di Ruhmkorff, migliore delle precedenti, ebbe molto più successo di quella del filosofo irlandese. Il funzionamento di questo meraviglioso dispositivo si basa sulla legge di Faraday (1831) oinduzione elettromagnetica. Ricordiamolo brevemente.

Legge di Faraday

Legge di Faraday, schematizzazione della magnetosfera terrestre. La terra è come un grande dipolo magnetico non classico, dove le linee di forza del campo magnetico - le cinture di Van Allen - proteggono il pianeta dal vento solare e dai raggi cosmici. Crediti: argomenti fisici
Legge di Faraday, schematizzazione della magnetosfera terrestre. La terra è come un grande dipolo magnetico non classico, dove le linee di forza del campo magnetico – le cinture di Van Allen – proteggono il pianeta dal vento solare e dai raggi cosmici.
Crediti: argomenti fisici

Si consideri una superficie delimitata da un circuito elettrico. Supponiamo anche che il file il flusso del campo magnetico che attraversa questa superficie è variabile nel tempo. Secondo Faraday, nel circuito suddetto, viene generata una quantità corrispondente alla massima differenza di potenziale tra un generatore scollegato dal circuito. Questa quantità indotta, chiamata emf, forza elettromotiva, sarà uguale al contrario della variazione temporale del flusso.

… Non si conosce nessun altro luogo della fisica in cui la reale comprensione di un principio generale così semplice e preciso richiede l’analisi di due fenomeni distinti.

Richard P. Feynman, Le lezioni di Feynman sulla fisica

La bobina quindi sfrutta i periodi di potenziale variabile e basso, per trasformare la corrente continua in corrente alternata ad alto potenziale. L’intensità del fenomeno di induzione è direttamente proporzionale all’area dei due circuiti coinvolti e alla permeabilità del mezzo in cui si trovano.

Come funziona la bobina Ruhmkorff

Vista esplosa della bobina di Ruhmkorff
Vista esplosa della bobina di Ruhmkorff

La bobina Ruhmkorff è costituita da un file nucleo ferromagnetico, attorno al quale a circuito primario e secondariocioè due bobine, solenoide in rame. Il primario è alimentato da una batteria e include un interruttore con un sistema di martello seriale. Quest’ultimo, quando il nucleo si magnetizza a seconda del flusso di corrente, interrompe il contatto ogni volta. Ad ogni interruzione corrisponde una magnetizzazione del nucleo, il martello si riposiziona chiudendo il circuito. Allora, nel circuito secondario, che ha molte più spire del primario ed è un filo sottile, flusso di corrente continua, alternativamente in una direzione e nell’altra.

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Bobina Ruhmkorff
Diagramma della bobina di Ruhmkorff. Con RK si intende il commutatore, con C il condensatore, con PP il primario, con SS il secondario e con F e V la chiusura e l’apertura dell’impianto.
Crediti: Museo di Fisica – Università di Torino
In sintesi…

Abbiamo quello circuito primario, attraversato da una corrente che genera il campo magnetico, funge da induttore e immagazzina energia nel campo magnetico associato. Il secondario, secondo la legge di Faraday, è attraversato da a impulso violento ad alta tensione, generato dall’interruzione della corrente, grazie al forte calo del campo magnetico generato.

Bobina Ruhmkorff
Bobina Ruhmkorff
Semplifica …

Il solenoide principale è avvolto attorno a un nucleo di filo, collegato a un interruttore in grado di fermare il flusso di corrente. Il secondario invece, è normalmente avvolto in bobine sopra il primario, ha un numero di spire molto maggiore e costituisce il circuito dove viene indotta la tensione. Questa tensione è una conseguenza della rapida variazione del flusso magnetico a livello del nucleo.

Dalla bobina alla lampada Ruhmkorff

La lampada citata da Verne è quindi un’applicazione della bobina vista sopra. È stato progettato da Camille Benoit e sì Alphonse Dumas. Questo strumento, creato per il mining, era la forma primitiva della nostra torcia portatile. In pratica si trattava di un tubo Geissler, eccitato dalla bobina di Ruhmkorff, a sua volta collegato a una batteria. Il tubo Geissler è semplicemente un tubo di vetro contenente gas rarefatti, sigillato ed evacuato, che porta un elettrodo a ciascuna estremità.

Scarica con un bagliore di gas
Scarica con un bagliore di gas
Credito: Esperimentanda

Se attraverso i due elettrodi facciamo circolare elettricità all’interno del tubo, essa ionizza il gas che contiene. Da qui, secondo i fenomeni di scarica con lampi di gas e di fluorescenza, viene generata la luce. La seconda versione utilizzava azoto, mentre la prima utilizzava anidride carbonica. A causa della decomposizione di quest’ultimo, hanno optato per N, che ha prodotto una luce rossa anziché bianca. Oltre a questo, iniziò ad essere utilizzato un vetro con sali di uranio, verde fluorescente.

Lampada Ruhmkorff
Lampada Ruhmkorff basata sulle illustrazioni di J. Verne

Ancora una volta abbiamo mostrato come la scienza e le sue teorie sono state con noi sin dagli albori della civiltà, e come molte applicazioni che usiamo ogni giorno e senza pensarci, sono il frutto – non semplice – di studi scientifici lungimiranti.

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