Bobine di Tesla e di Oudin

Durante lo scorso periodo Natalizio, mentre soggiornavo in Inghilterra, come al solito ho approfittato per recarmi alla British Library Newspapers presso la Reading Rooms a Colindale, a nord di Londra, dove mi diverte passare delle ore a sfogliare vecchie riviste di scienze ed invenzione risalenti ai primi anni del ‘900 . Tra le tante cose, che pubblicherò prossimamente, mi ha incuriosito un articolo intitolato “Interessanti Esperimenti con Correnti ad Alta Frequenza” in cui venivano descritte sia la bobina di Tesla che quella Oudin.

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Come si vede nel confronto delle due figure precedenti, quella che comunemente viene descritta oggi giorno è quella che ha la forma della bobina di Oudin. La bobina di Tesla, presentata nella rivista di “Science and Invention”, marzo 1927, ha la particolarità del primario di stare nella posizione geometrica di equilibrio del secondario, facendo ulteriori ricerche (non esaustive), non sono riuscito ad individuare configurazioni diverse. Di seguito ho riportato alcune foto esperimenti in cui si fa riferimento alla bobina di Tesla nella configurazione geometrica descritta.

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Ho notato che molte persone sottovalutano questo aspetto, a metà solenoide gli effetti magnetici sono diversi rispetto alle sue estremità, questa diversità potrebbe influire sul risultato rispetto alla collocazione del primario ad una estremità, che pur dando origine all’alta tensione con la produzione di scintille osservabili dai nostri sensi, potrebbe non dare gli stessi risultati rispetto all’altra configurazione la quale potrebbe originare fenomeni diversi non facilmente percepibile. Sfortunatamente ho solo la seconda parte dell’articolo in cui descrive la costruzione della bobina senza però mettere in evidenzia nessun vantaggio o svantaggio rispetto alla configurazione della bobina di Oudin, non appena tornerò a Londra cercherò di prendere la prima parte dell’articolo per capirne la sua esposizione. Un’altra considerazione da tener presente è che la componentistica usata oggi, anche se si riesce ad avere la generazione di scintille dalle bobine, non è detto che si ottengono gli stessi effetti di allora in cui anche la materia intrinseca dei materiali usati veniva sollecitata come per esempio l’alluminio del rotore . Riporto di seguito i disegni originali per qualche appassionato che ha voglia di sperimentarne l’effetto. Tutte le misure sono in pollici e per il suo assemblaggio non devono essere usati chiodi o viti in ferro.

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Quanto segue è la traduzione dell’articolo, che descrive come viene generata l’alta frequenza da questi apparati, ed è dedicato a chi è alle prime armi. “… L’apparato per generare correnti ad alta frequenza tramite un circuito oscillatore contenente appropriati induttanza e condensatori è necessario fornirgli una potenza. Il circuito conterrà una certa resistenza, ma questa non influenzerà il valore della frequenza, la quale è determinata dalla seguente equazione:

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Dove f è la frequenza in oscillazioni per secondo, L e C rispettivamente l’induttanza e la capacità del circuito in Henries e Farads. La resistenza il cui valore permetterà di far oscillare la corrente è chiamata la resistenza critica espressa in:

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Affinché le oscillazioni vengono prodotte il valore di R deve essere inferiore al valore dell’espressione

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Questo è facilmente raggiunto usando condensatori con bassa resistenza nel circuito oscillante. Al fine di ottenere la massima scarica dalla bobina secondaria, il primario e secondario devono essere sintonizzati alla stessa frequenza. Dal momento che l’induttanza e la capacità distribuita del secondario sono praticamente di valore fisso, l’induttanza del primario deve essere variata mediante la variazione del numero di spire, e la capacità deve essere variata cambiando il numero di condensatori in parallelo, fino al punto di ottenere la massima scarica nel secondario. A questo punto le seguente relazione sarà vera:

Lp Cp = Ls Cs

La frequenza naturale del circuito primario sarà uguale a quella del circuito secondario dal momento che Lp e Ls rappresentano rispettivamente le induttanze del primario e del secondario e Cp e Cs rappresentano la capacità del primario e del secondario. Di seguito viene riportato il diagramma del circuito oscillante

La tensione di alimentazione fornita al trasformatore veniva variata muovendo il nucleo di ferro dentro e fuori la reattanza disegnata in serie con il primario. I condensatori kick-back sono formati da piccolo condensatori connessi al primario e messi a massa al nucleo del trasformatore al loro punto di mezzo prevenendo il ritorno dell’alta frequenza nel circuito a 110 volt. A “safety gap” è stata connessa al secondario del trasformatore di alimentazione come mostrato nel circuito per prevenire eccessi di tensione sopra i 25.000 volt. Ogni condensatore ha due sezioni con 5 dielettrici ognuno. Lo spessore di ogni dielettrico e di ¼ di pollice (6,35mm), e costruito con due lastre di vetro spesse 1/8 di pollice (3,17mm) e larghe 16 x 16 pollici (15,24 x 15,24 cm). La piastra conduttrice erano di formate da lastre di rame 13 x 14 pollici (33,02 x 35,56 cm). Le piastre erano alternativamente collegate, e c’erano 6 piastre per ogni sezione. Le sezioni erano tenute insieme ben strette da una struttura in legno ed il tutto immerso in taniche di olio per trasformatori. Le taniche erano di metallo galvanizzato e le sezione al suo interno erano isolate dal metallo. La capacità di ogni sezione era di 0.00057 microfarad, dando un totale di 0.0114 microfarad per ogni tanica di condensatori. Due taniche di condensatori vennero usate per la bobine di Tesla. Lo spinterometro venne adottato per prevenire la formazione di archi voltaici dopo che il voltaggio del condensatore ha saltato la “spark gap” del rotore. Un spark gap fisso, a meno di non essere del tipo quenched gap, non sarebbe stato soddisfacente. Il rotore era un disco di alluminio del diametro di 7 pollici (17,78cm) con 12 alette per le scariche sulla periferia, ognuna con dimensioni 1/8 di pollice (3,17mm) spessa e 1 pollice (2,54cm) larga. Gli elettrodi fissi erano costituiti da barre di rame. Il rotore era ruotato da un motore con 3500 rpm, con 1/3 hp di potenza e accoppiato mediante una giunzione isolante. I connettori usati per collegare l’apparato nel circuito oscillante erano nastri di rame larghi 1 ¼ oppure da 1 ¾ di pollice (3.18cm oppure 4,45cm). La ragione per usare questo tipo di connettore è che la resistenza del circuito oscillante deve essere tenuta più bassa possibile, e con una superficie larga si riesce ad ottenere ciò. La resistenza al passaggio della corrente ad alta frequenza è più proporzionalmente vicino al sezione trasversale periferica che a quella dell’area. Un certo numero di esperimenti sono stati eseguiti con questo strumento. Uno di particolare interesse è stato quello di collegare una barra di rame del diametro di ¾ di pollice (19,5mm) al circuito ad alta frequenza con una normale lampadina da 24 watt, i cui terminali connessi alla distanza di un piede (30,48cm) sulla stessa barra. Con l’ordinaria corrente a 60 cicli la lampadina avrebbe presentato un corto circuito e non si sarebbe accesa. Mentre con queste correnti ad alta frequenza la lampadina si accese al massimo della sua luminosità. Uno splendido esempio di trasmissione di energia senza fili venne dato quando la lampadina da 24 watt, collegata in serie ad un filo con tre spire da 3 piedi (91.44cm) di diametro, si accese al massimo quando retta a diversi piedi di distanza dall’apparato. Nonostante che il trasformatore di alimentazione era quotato a 5 Kw, fu calcolato che il risonatore operando alla massima potenza non richiedeva più di 3 Kw di energia….” fine della prima parte

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