Dimostrazio
one Megaavolt e kiloam
mpère –– la sto
oria natturale d
di un fu
ulmine
Atttenzione: ggli esperim
menti di questa dim
mostrazion
ne possono
o disturbaare appare
ecchiaturee eletttroniche particolarrmente seensibili. I vvisitatori che usano pace‐makker cardiacci o altri appa‐
recchi elettro
onici biom
medicali do
ovrebbero
o rimanere
e dietro la riga rossaa ovvero ttenersi ad alm
meno 6 meetri di distanza dal b
bordo del palcoscen
nico. A
Alcuni esp
perimenti provocano rumori molto fortti. Quando
o questo ssegnale si illumina, siete pregaati di proteeggervi le orecchie.. Il generattore Van‐de‐Graafff In un generatore Van‐‐de‐Graaf lee cariche di una fonte d
di elettricità aad alta tenssione vengo
ono trasferitte per mezzzo di una spazzo
ola su un naastro di plasstica rotante
e. Questo trras‐
porta le cariche verso
o l'alto all'intterno di una sfera mettallica cava. Lì la ccarica scorrre nella sferra per mezzo
o di un ponti‐
cello o, a causa della rrepulsione rreciproca di cariche deello stesso segn
no, si distrib
buisce sulla superficie della sfera, il che rende posssibile una distribuzionee continua d
della carica.. La diffeerenza di teensione vien
ne così accu
umulata meediante il lavvoro meccaanico (il "traasporto versso l'alto"). Queesto processso termina quando si p
produce unaa scarica atttraverso l'aria (che è un cattivo co
onduttore eelett‐
rico
o). Quando u
un oggetto messo a terrra si avvicina alla sferaa, le carichee possono d
defluire attrraverso un aarco eletttrico. Quan
ndo l'aria è aasciutta, qu
uesto arco eelettrico può
ò diventare lungo fino a 50 cm, il cche corrispo
onde a un
na tensione di 500 000 Volt. Se si aavvicina un ago metallico alla sferra di metallo
o, le cariche
e migrano vverso l'ago
o, perché defluiscono più facilmente attraverso gli ogge
etti appuntitti. Se laa carica viene trasferita dalla sferaa metallica al corpo di una person
na, si distrib
buisce su tuttta la superficie corp
porea, anch
he sulla supeerficie di oggni singolo ccapello. A caausa della rrepulsione rreciproca de
elle cariche, si ha cosìì un'esperieenza "da far rizzare i capelli in testa". Tech
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nce Center TTechnorama, Edizione 07/2010, Mod
dificazioni risservati
Che cos’è il plasma? Quando gli atomi e le molecole di un gas perdono i loro elettroni, per esempio a causa di tensioni molto alte e diventano ioni (ionizzazione), insieme agli elettroni e agli ioni si producono delle cariche libere che ora rendono possibile il flusso di una corrente. Un gas in questo stato viene definito plasma. Le stelle sono costituite di plasma e sulla terra incontriamo il plasma nei tubi fluorescenti, nelle aurore boreali e nei fulmini. Prima che la tensione possa scaricarsi all'interno di una nuvola temporalesca oppure tra la nuvola e il terreno, le scariche pilota, quasi invisibili, creano un canale di aria ionizzata che verrà attraver‐
sato dal fulmine. Solo quando si è formato un canale completo, avviene la scarica principale. A quel punto il plasma luminoso diventa visibile sotto forma di lampo. Se in un canale del fulmine formato dal plasma passano correnti molto forti, si crea anche un forte campo magnetico che impedisce alle molecole del gas ionizzate di espandersi. Grazie a questo involucro magnetico e alle elevate temperature si produce una pressione estremamente elevata. Se la corrente e il campo magnetico diminuiscono bruscamente, l'aria si espande di colpo creando un'onda d'urto, cioè il tuono. Macchina de Wimshurst (macchina a induzione) Ogni corpo veicola cariche sia positive sia negative. Se en‐
trambe le cariche sono di uguale grandezza e sono unifor‐
memente distribuite, il corpo è elettricamente neutro. Piccole differenze possono portare a una particolare distri‐
buzione delle cariche perché le cariche di segno uguale si respingono e cariche opposte si attraggono. Se per esempio un oggetto debolmente carico con segno positivo si avvicina a un altro corpo, le sue cariche si separano spazialmente: quelle negative si spostano verso l'oggetto, mentre le cariche positive rimangono sul lato opposto dell' oggetto. Questa forma di separazione delle cariche viene chiamata influenza. Nella macchina di Wimshurst, due dischi di vetro su cui sono incollati dei fogli metallici ruotano in senso opposto. Quando le due superfici metalliche scivolano le une accanto alle altre, le piccole discontinuità nella distribuzione delle cariche vengono rafforzate e l'eccesso di carica viene derivato con pettini metallici e accu‐
mulato nelle cosiddette bottiglie di Leida. Come nel caso del generatore Van‐de‐Graaff, il lavoro meccanico della rotazione è quello che permette l'incremento della tensione. Le cariche così separate vengono deviate su due sfere e in presenza di quantità di carica sufficienti (= tensio‐
ne) si vede scoccare una scintilla tra le sfere metalliche. In condizioni ideali, con questa macchina si potreb‐
bero ottenere tensioni di 700 000 volt e archi elettrici lunghi fino a 70 cm. Un tempo le macchine di Wims‐
hurst venivano impiegate per eccitare i tubi emettitori di raggi X. Questa macchina di Wimshurst, dotata di dischi del diametro di oltre due metri, è la più grande esistente al mondo. Vaporizzazione del filamento Quando a casa facciamo attraversare il sottile filamento della lampadina da una corrente elettrica, questa si riscalda a causa della sua resistenza e comincia a emettere luce. Questo esperimento mostra che cosa succede impiegando una tensione 20 volte superiore e con una corrente 2'000 volte più intensa che attraversa un filo di rame. Se il condensatore elettrico carico viene scaricato molto rapidamente attraverso il filo di rame, quest'ultimo viene scaldato di colpo così fortemente che si vaporizza con un botto nel giro di meno di un millesimo di secondo. La tensione (4500 volt) ci dice qualcosa sull'ener‐
gia di ogni singolo elettrone. L'intensità dell'energia (poco meno di 1000 A) rivela quanti elettroni, spinti dalla tensione, attraversino il filamento. Il botto è provocato dal riscaldamento dell'aria e dalla dilatazione esplosiva che ne deriva. Il plasma incandescente emette luce. Schiacciamento della lattina Un'intensa corrente elettrica attraversa una bobina di spesso filo di rame. Questa bobina genera un campo elettrico e magnetico che si avvolge intorno alla bobina. Se all'interno della bobina viene collocata una lattina di alluminio, la parete del barattolo viene percorsa da una corrente provocata (per induzione) dal campo elettro‐
magnetico della bobina. Questa corrente genera a sua volta un campo magetico con direzione opposta al campo magnetico della bobina. A causa dell'interazione reciproca tra le forze repulsive dei campi magnetici, l'oggetto più debole, la lattina d'alluminio, viene rapidamente schiacciato. Sfera di plasma Sebbene i fulmini globulari siano già stati descritti da molte persone, per la scienza essi rappresentano ancora un feno‐
meno inspiegato, in quanto non è neppure chiaro se esista‐
no effettivamente. Qui presentiamo un esperimento espli‐
cativo, con cui si simula l'insinuarsi di un fulmine in un terre‐
no umido. Sul fondo del contenitore d'acqua si trova un elettrodo ad anello, mentre un secondo è posto in un reci‐
piente di porcellana direttamente al di sopra della superficie dell'acqua. Quando avviene la scarica, al di sopra della superficie dell'acqua si forma per un quarto di secondo una nuvola sferica di plasma: un fulmine globulare? Bobina di Tesla Con la bobina di Tesla si possono generare correnti alter‐
nate molto forti. La polarità di questa tensione si inverte fino a 140 000 volte al secondo. Le alte tensioni ionizzano l'ara e consentono di ottenere archi elettrici molto lunghi. La bobina di Tesla a Technorama raggiunge una tensione di ben 1 200 000 volt e la lunghezza dei "fulmini" arriva fino a 3 metri. Il rumore è originato dal riscaldamento del plasma e dalle oscillazioni di pressione dell'aria che questo provoca. Nonostante questo, le guide con la cotta di maglia e i visita‐
tori all'interno della gabbia metallica possono catturare gli archi elettrici con i guanti di maglia metallica, senza alcun timore di rimanere folgorati. Infatti le scariche e i campi elettrici non penetrano nella gabbia bensì rimangono sem‐
pre all'interno. Queste gabbie metalliche vengono chiamate "gabbie di Faraday" dal nome dello scopritore del fenomeno (Michael Faraday). Se la guida prende in mano un tubo al neon, questo comincia ad illuminarsi come per magia, perché l'elevata tensione ionizza le molecole di gas nel tubo ed eccita il plasma. Bobina di Tesla sonora Questa piccola bobina di Tesla fa musica. Gli archi elettrici riscaldano l'aria che si espande bruscamente. L'oscillazione della pressione atmosferica genera quel fenomeno che noi percepiamo come un rumore. Un altoparlante produce oscillazioni della pressione atmosferica mediante la sua membrana oscillante. Se per esempio la membrana oscilla 500 volte al secondo, genera un tono di 500 Hz. La bobina di Tesla sonora fa lo stesso quando inverte la polarità 500 volte al secondo. Questo fa sì che vengano gene‐
rate scariche con la stessa frequenza. Le scintille si comportano come la membrana dell'altoparlante e generano toni. Una curiosità: gli appassionati dell'HiFi sono entusiasti degli altoparlanti al plasma (plasma speakers): infatti, dato che il plasma ha un'inerzia molto bassa, la resa dei toni ad alta frequenza che questi permettono è eccezionalmente accurata.
