Bussola delle tangenti.
Costruita dalla ditta Ing. Santarelli Firenze, reca il n° 2354.
Nell`inventario del 1906 pag. 162 n° 633, viene dichiarata già esistente e in buone condizioni.
The tangent galvanometer was first described in an 1837 paper by Claude-Servais-Mathias Pouillet (1790-1868), who later employed this sensitive form of galvanometer to verify Ohm’s law. To use the galvanometer, it is first set up on a level surface and the coil aligned with the magnetic north-south direction. This means that the compass needle at the middle of the coil is parallel with the plane of the coil
when it carries no current. The current to be measured is now sent through the coil, and produces a magnetic field, perpendicular to the plane of the coil, and directly proportional to the current. The magnitude of the magnetic field produced by the coil is B; the magnitude of the horizontal component the earth’s magnetic field is B’. The compass needle aligns itself along the vector sum of B and B’ after rotating through an angle δ from its original orientation. The vector diagram shows that tan δ = B/B’.
Since the magnetic field of the earth is constant, and B depends directly on the current, the current is thus
proportional to the tangent of the angle through which the needle has turned.
Questo strumento è dovuto all`invenzione nel 1837 di C. S. M. Pouillet; esso è ritenuto il primo in grado di fornire una misura attendibile di corrente continua e consiste essenzialmente in un ago magnetico sospeso al centro di una bobina circolare girevole attorno all`asse verticale su cui giace il filo di sospensione dell`ago.
Nell’apparecchio della collezione del Montani in luogo dell`ago c`è un equipaggio mobile costituito da un oggetto magnetico di massa 6,62 g a forma di campana con due fenditure laterali diametralmente opposte (come si vede nella figura ), nascosto nella sfera di rame al centro della bobina.
Sulla sommità del magnetino c`è una astina metallica sulla quale è fissato lo specchietto visibile attraverso la finestrella orientabile.
L`equipaggio è appeso con un filo a un sistema di regolazione posto alla sommità del cilindretto di vetro e ottone.
Dunque, per conoscere la posizione dell`equipaggio mobile ci si basa sulla indicazione dello specchietto ad esso solidale, rilevabile con un sistema a leva ottica.
La forma particolare del magnetino sospeso rende minimo l`errore dovuto alla lunghezza dell`ago.
Esso è cavo all`interno, è alto 19 mm ed ha un diametro di 11 mm; l`astina su cui è fissato lo specchietto è lunga 35 mm.
Graetz attribuisce a Siemens l`introduzione del magnetino a forma di campana, e afferma che le correnti indotte nella sfera di rame che lo circonda ne smorzano le oscillazioni nel modo più efficace.
Lo strumento è stato sottoposto a un lieve restauro ai primi di ottobre del 2001 da Federico Balilli.
Tutto l`apparecchio è costruito con materiali diamagnetici. La bobina, chiamata all`epoca moltiplicatore, è formata da un gran numero di spire, numero che è necessario conoscere per eseguire la misura.
Prima di iniziare le procedure di misura bisogna livellare lo strumento affinché l`equipaggio mobile possa ruotare liberamente.
Nella sua posizione di riposo l`equipaggio viene mantenuto nel piano del meridiano magnetico dal campo magnetico terrestre. Si dispone dunque il piano della bobina esattamente nel piano del meridiano magnetico terrestre; un piccolo errore nella posizione comporta notevoli errori nella misura.
Si devono tenere lontani oggetti ferromagnetici e magnetici. Il ferro del cemento armato delle moderne costruzioni comporta sovente una deviazione nella direzione e una modifica del valore del campo magnetico terrestre. L`apparecchio deve stare lontano da conduttori percorsi da altre correnti elettriche; inoltre i conduttori che giungono allo strumento devono essere tra loro vicini, paralleli e perpendicolari al piano della bobina.
La corrente continua che ora si fa circolare nella bobina provoca un campo magnetico di direzione perpendicolare alla componente orizzontale locale del campo magnetico terrestre. Quindi l`ago devia di un certo angolo α rispetto alla posizione iniziale fino a portarsi nella direzione della risultante fra i due campi. L`angolo di deviazione α è così determinato dalla relazione:
tang α = Bb / B0
siccome Bb è proporzionale alla corrente I che percorre la bobina, risulta:
I = K tang α
da cui deriva il nome dello strumento.
La leva ottica che si ottiene inviando un fascetto di luce sullo specchietto, permette di rilevare agevolmente l`angolo, così come permette l`orientazione iniziale della bobina.
Quando è necessario trasportare lo strumento si deve aver cura di sbloccare la sospensione dell`equipaggio mobile per evitare la rottura dello specchietto. Il filo e lo specchietto non sono originali; forse il filo era di bronzo fosforoso e lo specchietto aveva una forma diversa, ma non ci sono pervenute indicazioni in merito.
Il valore della corrente è inversamente proporzionale al numero di spire N e alla permeabilità magnetica dell`aria µo, è direttamente proporzionale al raggio medio della bobina R, al valore della componente orizzontale locale del campo magnetico B0, e infine alla tangente dell`angolo δ. Il valore di B0 varia da luogo a luogo e col passare del tempo; per eseguire una buona misura bisogna consultare una tabella aggiornata dove sono riportati i valori di Bo delle località più note della zona.
È bene fare almeno due misure: la prima seguendo la procedura descritta; la seconda invertendo la corrente nella bobina. Se i due valori sono molto diversi significa che ci sono asimmetrie nei campi magnetici, altrimenti si può fare la media dei due valori di α.
Nel 2013, dopo aver consultato numerosissimi cataloghi dell’epoca, ho trovato una strumento
costruttivamente molto simile sul catalogo “Prix-Courant 1900 Société Genevoise, pour la construction
des Instruments de Physique et de Mécanique Genève”, rinvenibile all’indirizzo:
http://cerere.astropa.unipa.it/biblioteca/Strumenti/e-catalogues/Societe1900/Catalogo.html
Successivamente ho trovato la versione inglese del catalogo “1900 Illustrated Price List of Physical and
Mechanical Instruments made by the Société Genevoise, Geneva Switzerland”, rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/Trade-Literature/Scientific-instruments/CF/SIsingle-record.cfm?
AuthorizedCompany=Soci%C3%A9t%C3%A9%20Genevoisee .
La figura 3620 si trova a pag. 125.
La peculiarità di questo strumento rispetto alle più diffuse bussole delle tangenti è costituita dall’equipaggio mobile che, dotato di specchietto, permette l’uso del metodo di Poggendorf a leva ottica, con cannocchiale e scala di lettura. Le normali bussole del tipo Pouillet sono invece dotate di lunghi aghi magnetici.
Bibliografia.
L. Graetz, L`elettricità e le sue applicazioni, Vallardi, Milano 1907.
Scheda di istruzioni n° 454 della Paravia.
G. Veroi, Corso di Elettricità-Misure Elettriche, Scuola d`applicazione d`Artiglieria e Genio di Torino, 1903.
C. M. Gariel, Traité pratique d`électricité, O. Doin, Paris 1884.
L. Olivieri ed E. Ravelli, Elettrotecnica-Misure Elettriche, CEDAM, Padova 1962.
Lo strumento è esposto al Museo MITI su proposta di Fabio Panfili.
Foto di Daniele Maiani e di Contemporanea Progetti, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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