Strumenti di misura

Strumenti di misura

  • Galvanometro ad ago mobile (collezione De Rubeis)

    Galvanometro ad ago mobile (collezione De Rubeis)

  • Galvanometro astatico di Nobili (collezione De Rubeis)

    Galvanometro astatico di Nobili (collezione De Rubeis)

  • Bussola dei seni e delle tangenti descritta nel 1837 da Pouillet (collezione De Rubeis)

    Bussola dei seni e delle tangenti descritta nel 1837 da Pouillet (collezione De Rubeis)

  • Bussola di inclinazione o inclinometro magnetico (collezione De Rubeis)

    Bussola di inclinazione o inclinometro magnetico (collezione De Rubeis)

  • Bilancia elettrica di Coulomb (collezione De Rubeis)

    Bilancia elettrica di Coulomb (collezione De Rubeis)

  • Bilancia elettrica di Coulomb (collezione De Rubeis)

    Bilancia elettrica di Coulomb (collezione De Rubeis)

  • Galvanoscopio di P. L. Simon (Voltametro ad Acqua) (collezione De Rubeis)

    Galvanoscopio di P. L. Simon (Voltametro ad Acqua) (collezione De Rubeis)

  • Moltiplicatore di Schweigger costruito da H. C. Ørsted (collezione De Rubeis)

    Moltiplicatore di Schweigger costruito da H. C. Ørsted (collezione De Rubeis)

  • Galvanometro di Bourbouze (collezione De Rubeis)

    Galvanometro di Bourbouze (collezione De Rubeis)

  • Galvanometro astatico di Leopoldo Nobili (collezione De Rubeis)

    Galvanometro astatico di Leopoldo Nobili (collezione De Rubeis)

  • Galvanometro astatico di Leopoldo Nobili (collezione De Rubeis)

    Galvanometro astatico di Leopoldo Nobili (collezione De Rubeis)

  • Voltmetro con magnete fisso e bobina mobile (collezione De Rubeis)

    Voltmetro con magnete fisso e bobina mobile (collezione De Rubeis)

  • Moltiplicatore di Schweigger costruito da Oersted, Galvanometro ad ago mobile e Galvanometro astatico di Nobili.

    Moltiplicatore di Schweigger costruito da Oersted, Galvanometro ad ago mobile e Galvanometro astatico di Nobili.

  • Strumenti per la misura di cariche statiche (collezione De Rubeis)

    Strumenti per la misura di cariche statiche (collezione De Rubeis)

 

Vengono qui presentate alcune ricostruzioni storiche di strumenti di misura della corrente, tra questi l'amperometro per medie correnti di Pacinotti, i galvanometri di Nobili, di Bourbouze, di Deprez-D'Arsonval e di Kohlrausch e la bussola dei seni e delle tangenti; e strumenti di misura del campo magnetico terrestre come la bussola di inclinazione o inclinometro magnetico.

Elettrometro a quadrante di Henley (1772)

Elettrometro a quadrante di W. Henley (collezione De Rubeis)

Elettrometro a quadrante di W. Henley (collezione De Rubeis).

Lo strumento è anche chiamato elettrometro a quadrante in quanto si tratta di una versione evoluta degli elettroscopi privi di una scala per la misura della carica elettrica. È costituito da una asta di legno verticale fissata mediante uno spinotto metallico su una piccola base di legno. Lo spinotto veniva collegato alle macchine elettrostatiche per misurarne la “potenza”. Nella parte superiore dell’asta è fissata una scala graduata da 0° a 90°; al centro della scala si trova incernierato un pendolino di sughero la cui astina è libera di ruotare attorno al centro. Collegando lo strumento a una macchina elettrostatica, o ad un corpo elettrizzato, la pallina di sughero si allontana dall’asta di legno dello strumento e indica, sulla scala graduata, la misura del grado di elettrizzazione.

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Elettroscopio a foglie d’oro (1780 circa)

Elettroscopio a foglie d’oro (1780 circa) (collezione De Rubeis)

Elettroscopio a foglie d’oro (1780 circa) (collezione De Rubeis).

L'elettroscopio è uno strumento che permette di rivelare se un corpo è carico elettricamente ed esprimere un giudizio sullo stato relativo di carica tra due o più corpi carichi (1). A differenza dell'elettrometro, non può quantificare la carica elettrica.
Lo strumento è costituito da due foglioline metalliche (solitamente d’oro) sospese ad un asta metallica che le collega elettricamente ad una sfera posta alla sua estremità, il tutto è protetto da una campana in vetro. In alcune versioni, alla base della campana, lungo il diametro di un disco di lamiera, scorrono due asticciole metalliche, le cui sommità terminano con una sferetta; l’avvicinamento o l’allontanamento delle astine rispetto alle foglie d’oro permettono di regolare la sensibilità dello strumento.

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Elettrometro a foglie d’oro

Elettrometro a foglie d’oro

Elettrometro a foglie d’oro.

Un elettrometro, a differenza di un elettroscopio, permette di ricavare un valore quantitativo dello stato di carica di un corpo, grazie alla presenza di una scala graduata sulla quale misurare l'angolo di deflessione delle foglioline metalliche.

Elettrometro condensatore di Volta (1797)

Elettrometro condensatore di Volta (collezione De Rubeis)

Elettrometro condensatore di Volta (collezione De Rubeis).

L’elettrometro condensatore è uno strumento ideato da Alessandro Volta nel 1797 per misurare una tensione elettrica (differenza di potenziale) con una maggiore sensibilità rispetto agli elettrometri classici impiegati al tempo.

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Termometro elettrico di Kinnersley (1763)

Termometro elettrico di Kinnersley (collezione De Rubeis)

Termometro elettrico di Kinnersley (collezione De Rubeis).

Strumento presentato nel 1763 da Ebenezer Kinnerslej (1711 - 1778), collaboratore e amico di Benjamin Franklin. Esso è una versione più semplice del termometro elettrico ad aria di P. Theophil Riess (1804 -1883) fisico tedesco.

È costituito da un cilindro di vetro comunicante lateralmente con un tubicino capillare. All’interno del cilindro riempito d’acqua sono poste due sferette metalliche la cui distanza è regolabile. Una scintilla fatta scoccare fra i due elettrodi riscalda l'aria che, espandendosi velocemente, genera un onda d’urto che spinge l'acqua nel capillare. L’innalzamento fornisce una misura indicativa della “forza” della carica elettrica.

La denominazione di termometro deriva da una prima interpretazione del fenomeno dell’innalzamento del liquido nel tubicino; si pensava che esso fosse dovuto esclusivamente all’aumento di temperatura provocato dalla scintilla fatta scoccare tra le due sferette. Lo strumento venne utilizzato anche come misuratore di cariche elettriche, cioè come elettrometro.

Bilancia elettrica di Coulomb (1785)

Bilancia elettrica di Coulomb (collezione De Rubeis)

Bilancia elettrica di Coulomb (collezione De Rubeis).

La bilancia elettrica di C. Augustin de Coulomb (1736 - 1806) è una bilancia di torsione utilizzata dallo stesso scienziato per la verifica sperimentale delle leggi fondamentali dell’elettrostatica.
Coulomb presentò la legge dell’elettrostatica, che porta il suo nome, come un risultato ottenuto, in modo semplice e diretto, dalle prove sperimentali eseguite con la sua bilancia elettrica.

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Galvanoscopio di P. L. Simon (Voltametro ad Acqua) (1801)

Galvanoscopio di P. L. Simon (Voltametro ad Acqua) (collezione De Rubeis).

Galvanoscopio di P. L. Simon (Voltametro ad Acqua) (collezione De Rubeis).

Lo strumento, costruito nel 1801 da P.L. Simon, professore all’Accademia di Ingegneria civile di Berlino, è essenzialmente un voltametro. È costituito da un tubo di vetro chiuso alle due estremità con due tappi di sughero che supportano un filo di platino. Nel tubo pieno di acqua l’energia elettrica fornita da una pila scinde l’acqua in H2 e O2; i gas prodotti esercitano una pressione sul liquido colorato di rosso contenuto nell’ampolla di vetro, spingendolo nel capillare parallelo ad una scala graduata.
Con il suo strumento Simon anticipava la legge di Faraday: la quantità di gas prodotta è proporzionale alla quantità di corrente che attraversa la cella.
Questa ricostruzione, fedele alla descrizione dello scienziato, è unica in quanto non si conoscono altri esemplari. Nel 1805 veniva commercializzato dal fornitore di apparecchi scientifici londinese F.C. Accum.

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Strumento di misura elettrica mediante la temperatura

Strumento di misura elettrica mediante la temperatura (collezione De Rubeis)

Strumento di misura elettrica mediante la temperatura (collezione De Rubeis).

Moltiplicatore di Schweigger (I) (1820)

Moltiplicatore di Schweigger (I) (collezione De Rubeis)

Moltiplicatore di Schweigger (I) (collezione De Rubeis).

Il moltiplicatore di Schweigger, sviluppato nel 1820 dal chimico e fisico tedesco Johann Salomo Christoph Schweigger (1779 –1857) e da lui chiamato galvanometro, può essere considerato uno dei primi strumenti per la misura di correnti elettriche. Infatti, pur non avendo nessun riferimento numerico consentiva di valutare con una elevata sensibilità la direzione e le variazioni di piccole correnti. Il suo funzionamento, così come quello di molti galvanometri, si basa sullo stesso principio verificato nell'esperienza di Oersted.
Hans Christian Oersted (1777 – 1851) scoprì nel 1820 che un filo metallico percorso da una corrente elettrica devia un ago magnetico posto nelle sue vicinanze. Ampere osservò che il campo magnetico prodotto dalla corrente ha una simmetria circolare e grazie a ciò sono stati realizzati dispositivi in cui la corrente elettrica passa più volte sopra e sotto un’astina magnetica, prima in un verso e poi nell’altro, aumentando così l’effetto del campo magnetico sull’ago e di conseguenza la sensibilità dello strumento.

Moltiplicatore di Schweigger (II) (1820)

Moltiplicatore di Schweigger (collezione De Rubeis)

Moltiplicatore di Schweigger (collezione De Rubeis).

Il moltiplicatore di Schweigger, sviluppato nel 1820 da Johann Salomo Christoph Schweigger (1779 –1857) e da lui chiamato galvanometro, può essere considerato uno dei primi strumenti per la misura di correnti elettriche. Infatti, pur non avendo nessun riferimento numerico consentiva di valutare con una elevata sensibilità la direzione e le variazioni di piccole correnti. Il suo funzionamento, così come quello di molti galvanometri, si basa sullo stesso principio verificato nell'esperienza di Oersted.

Galvanometro di Avogadro (Voltimetro Moltiplicatore) (1822)

Galvanometro di Avogadro (Voltimetro Moltiplicatore) (collezione De Rubeis)

Galvanometro di Avogadro (Voltimetro Moltiplicatore) (collezione De Rubeis).

Il galvanometro, denominato “Voltimetro Moltiplicatore”, fu presentato alla Reale Accademia delle Scienze di Torino il 20 gennaio 1822 e venne costruito da Amedeo Avogadro (1776 – 1856) per supportare gli studi chimico-fisici intrapresi in quegli anni. L’apparecchio, molto sensibile, fu impiegato per determinare la scala elettrochimica dei metalli, lavoro che venne affrontato anche da Alessandro Volta con procedimenti differenti e risultati lievemente diversi. 

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Moltiplicatore di Schweigger costruito da H. C. Oersted (1823)

Moltiplicatore di Schweigger costruito da H. C. Ørsted (collezione De Rubeis)

Moltiplicatore di Schweigger costruito da H. C. Ørsted (collezione De Rubeis).

Viene proposta una versione del “Moltiplicatore di Schweigger” costruita nel 1823 dal fisico e chimico danese Hans Christian Oersted (1777 – 1851).

Negli anni successivi alle prime esperienze di Oersted (1820), Ampere (1820) e Faraday (1821) sui fenomeni elettromagnetici, vennero realizzati diversi strumenti di misura della corrente: basati sullo stesso principio del “Moltiplicatore di Schweigger” dal quale differivano per i vari miglioramenti apportati. Alcuni strumenti erano caratterizzati dalla sospensione dell’ago magnetico ad un filo, eliminando l’attrito dovuto al perno di rotazione; altri dall’inserimento di scale graduate, fisse o mobili, di carta oppure metalliche, utili per rendere comparabili le misurazioni.

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Galvanometro ad ago mobile

Galvanometro ad ago mobile (collezione De Rubeis)

Galvanometro ad ago mobile (collezione De Rubeis).

Il galvanometro ad ago mobile, come il "moltiplicatore di Schweigger", basa il suo funzionamento sullo stesso principio verificato nell'esperienza di Oersted e per il quale una corrente elettrica riesce a deviare un ago magnetico nelle sue vicinanze. Anche in questo caso un passaggio di corrente nella bobina tende a spostare l'ago mobile, tuttavia, la deviazione dell'ago viene contrastata dalla torsione del filo che lo tiene in sospensione. Tanto maggiore è la corrente che attraverserà le spire, tanto più grande è la forza che riesce a torcere il filo e far spostare l'ago che indicherà un proporzionale valore numerico sulla scala graduata.

Galvanometro astatico di Nobili (1825)

Galvanometro astatico di Nobili (collezione De Rubeis)

Galvanometro astatico di Leopoldo Nobili (collezione De Rubeis).

Lo strumento venne ideato dal fisico italiano Leopoldo Nobili (1784-1834) intorno al 1825 e fu il primo galvanometro ad ago mobile a trovare un uso pratico nei laboratori, grazie alla sua particolare sensibilità e a caratteristiche tali da renderlo preferibile ai tanti altri costruiti nello stesso periodo.
Sebbene il funzionamento fosse analogo a quello del "Moltiplicatore di Schweigger", egli lo modificò migliorandone notevolmente le prestazioni.

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Amperometro per medie correnti di Pacinotti (1857)

Amperometro per medie correnti, costruito da Carlo De Rubeis sulla base dei disegni di Antonio Pacinotti, 1857 (collezione De Rubeis)

Amperometro per medie correnti, costruito da Carlo De Rubeis sulla base dei disegni di Antonio Pacinotti, 1857 (collezione De Rubeis).

L’amperometro per medie correnti è uno strumento di misura della corrente esente dall'influenza magnetica terrestre. Progettato in giovane età da Antonio Pacinotti è stato oggi costruito da Carlo De Rubeis.
Per un approfondimento sullo strumento si rimanda all’articolo “Amperometro per medie correnti di Pacinotti (1857)” pubblicato nella sezione Pacinotti a Cagliari.

Galvanometro di Deprez-D'Arsonval (1882)

Galvanometro di Deprez-D'Arsonval (collezione De Rubeis)

Galvanometro di Deprez-D'Arsonval (collezione De Rubeis).

Il galvanometro a bobina mobile, consente di misurare in maniera accurata correnti di intensità molto debole. Il primo fu ideato e costruito nel 1882 dai francesi Marcel Deprez (1843 -1918) elettrotecnico e Arsene D'Arsonval (1851 -1940) biologo.
Lo strumento è composto da un magnete fisso e da una bobina mobile, realizzata con un sottile filo di rame avvolto a forma rettangolare, e libera di ruotare tra le espansioni del magnete permanente; all’interno della bobina un cilindro di ferro dolce rende il campo magnetico più intenso. Il galvanometro misura la corrente che circola nella bobina tramite i due fili di sospensione che la tengono centrata; Il filo superiore è fissato ad una colonnina ricurva di ottone, mentre l’altro filo, posto sotto il cilindro, è fissato al supporto tenditore regolabile. Infine un indice solidale con la bobina indica, su una scala graduata, la misura della corrente che circola nell’avvolgimento.

Amperometro a bobina mobile e zero centrale

Amperometro a bobina mobile e zero centrale (collezione De Rubeis)

Amperometro a bobina mobile e zero centrale (collezione De Rubeis).

Nello strumento una bobina mobile è libera di ruotare tra le espansioni di un magnete permanente; ad essa è fissato, da una parte, un indice che si muove sulla scala graduata, dall’altra, un sistema di contrappesi che contrasta lo spostamento della bobina rispetto alla posizione di zero centrale. Quando circola una corrente nelle spire della bobina l’indice permetterà di effettuare la lettura.

Amperometro a ferro mobile (in costruzione)

Amperometro a ferro mobile (in fase di costruzione) (collezione De Rubeis)

Amperometro a ferro mobile (in fase di costruzione) (collezione De Rubeis).

 

Galvanometro a molla di Kohlrausch (1884)

Galvanometro a molla di Kohlrausch (collezione De Rubeis)

Galvanometro a molla di Kohlrausch (collezione De Rubeis).

Il galvanometro a molla di Kohlrausch venne realizzato dal chimico-fisco tedesco F. Kohlrausch (1840 - 1910) nel 1884. Lo strumento è costituito da un solenoide il quale, se percorso dalla corrente elettrica da rilevare, risucchia un cilindro in ferro sospeso ad una molla e libero di scorrere al suo interno. Un indice solidale al cilindro si sposta lungo una scala graduata fissa sulla quale è possibile la lettura del valore di corrente. Si osserverà che il principio di funzionamento è lo stesso dell’apparecchio: Potere succhiante di una elettrocalamita (I).

Strumento per la misura di grandezze elettriche

Strumento per la misura di grandezze elettriche, idea originale di Carlo De Rubeis (collezione De Rubeis)

Strumento per la misura di grandezze elettriche, idea originale di Carlo De Rubeis (collezione De Rubeis).

Sullo stesso principio del potere di attrazione delle elettrocalamite, sfruttato anche nel "Galvanometro a molla di Kohlrausch", viene proposta una versione originale, realizzata da Carlo De Rubeis, di uno strumento per la misura di grandezze elettriche. La corrente elettrica che circola nella bobina produce un campo magnetico che risucchia il nucleo ferromagnetico all’interno dell’avvolgimento. Lo spostamento viene contrastato e trasmesso, attraverso un sistema di molle, leve e ruote dentate, ad un indice che si muoverà sulla scala graduata proporzionalmente all’intensità della corrente elettrica fornita. Si osserverà che il principio di funzionamento è analogo a quello dell’apparecchio: Potere succhiante di una elettrocalamita (I).

Galvanometro di Bourbouze (1872)

Galvanometro di Bourbouze (collezione De Rubeis)

Galvanometro di Bourbouze (collezione De Rubeis).

Il galvanometro di Bourbouze venne ideato dal francese J. Bourbouze (1825 - 1889) nel 1872. Lo strumento è costituito da un piccolo magnete mobile, libero di ruotare all'interno di una bobina a spire orizzontali; ad esso è fissato un indice che si muove sulla scala graduata e un sistema di contrappesi contrasta lo spostamento del magnete rispetto alla posizione di zero centrale.
Bourbouze fu assistente di laboratorio e a questo si deve il particolare design dello strumento: costituito da una scala di misura molto grande, il galvanometro veniva principalmente impiegato a scopo didattico e quando le misurazioni dovevano essere ben visibili anche da lontano.

Strumento di misura elettrodinamico

Strumento di misura elettrodinamico (collezione De Rubeis)

Strumento di misura elettrodinamico (collezione De Rubeis).

Voltmetro con magnete fisso e bobina mobile

Voltmetro con magnete fisso e bobina mobile (collezione De Rubeis)

Voltmetro con magnete fisso e bobina mobile (collezione De Rubeis).

Termocoppia Ferro / Costantana (Tipo J)

Termocoppia Ferro / Costantana (Tipo J) (collezione De Rubeis)

Termocoppia Ferro / Costantana (Tipo J) (collezione De Rubeis).

La termocoppia (coppia termoelettrica) è un trasduttore di temperatura il cui funzionamento è basato sull'effetto termoelettrico o, dal nome del suo scopritore, effetto Seebeck. Nel 1826, il fisico tedesco Johann Thomas Seebeck (1770 – 1831) scoprì che in un circuito, formato da due conduttori metallici, in cui le due giunzioni sono mantenute a temperature diverse, fluisce una piccola corrente. Il valore della differenza di potenziale generata per effetto Seebeck è dell'ordine di alcuni μV per kelvin di differenza.

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Bussola dei seni e delle tangenti

Bussola dei seni e delle tangenti (collezione De Rubeis)

Bussola dei seni e delle tangenti (collezione De Rubeis).

La bussola dei seni e delle tangenti, ideata da C. S. M. Pouillet (1790-1868) nel 1837, è anch'essa un galvanometro che permette di tenere conto dell'influenza del campo magnetico terrestre sulla misura di una corrente. Lo strumento è costituito da un ago magnetico mobile su un piano orizzontale, e posto tra le spire di una bobina verticale che può ruotare per essere orientata rispetto al meridiano terrestre. L’angolo di rotazione dell’ago così come l’angolo di orientazione delle spire possono essere letti su due scale graduate.
A seconda della procedura di adottata, ossia del particolare allineamento di ago e spire rispetto al meridiano, la misura è proporzionale al seno o alla tangente di un particolare angolo rilevato ed è esente dall’influenza del campo magnetico terrestre. Per questa ragione la bussola dei seni e delle tangenti veniva impiegata per tarare altri galvanometri.

Bussola di inclinazione o inclinometro magnetico

Bussola di inclinazione o inclinometro magnetico (collezione De Rubeis)

Bussola di inclinazione o inclinometro magnetico (collezione De Rubeis).

La bussola di inclinazione, o inclinometro magnetico, è uno strumento che misura la componente verticale del campo magnetico terrestre.