Galileo Ferraris e il campo magnetico rotante
I modelli presentati in questa sezione del sito fanno parte di una serie di apparecchi costruiti con l’intento di ripercorrere le tappe più significative degli studi di Galileo Ferraris sul campo magnetico rotante. Essi comprendono esemplari storici riprodotti a scopi didattici e costruiti secondo le tecniche e gli studi d’epoca, e modelli innovativi originali.
Mappamondo rotante in campo magnetico rotante, creazione originale.
La scoperta del campo magnetico rotante
L’origine della scoperta del campo magnetico rotante non è ancora ben conosciuta. Nel 1885 il fisico inglese Walter Baily aveva cercato di ottenere la rotazione di un campo magnetico facendo variare periodicamente la polarità di due elettromagneti mediante un commutatore speciale – PACHITROPO – ed in questo modo dimostrò la possibilità di ripetere le classiche esperienze di Arago, di Faraday e di Babbage senza ricorrere alla rotazione di una elettrocalamita. Marcel Deprez fu il primo ad accennare alla produzione di un campo di direzione variabile per mezzo di due correnti variabili. Galileo Ferraris nel 1885, senza sapere di Baily e di Deprez, in seguito a considerazioni puramente teoriche prevedendo che, mediante correnti variabili, si potessero produrre fenomeni simili a quelli della luce polarizzata, arrivò a capire come ottenere la rotazione di un campo magnetico.
Galileo Ferraris (1847 – 1897), ingegnere e scienziato italiano, scoprì il campo magnetico rotante e ideò il motore elettrico in corrente alternata.
Ecco il racconto con le parole dello stesso Galileo Ferraris:
“Un giorno avevo avuto gravi motivi per inquietarmi, tanto gravi, che non avevo potuto ricuperare la tranquillità dell’animo nemmeno nel tempo che avevo passato, per il pranzo, in famiglia. Uscito di casa mi portai tutto solo a passeggiare lungo il Po, e, per distrarmi, ripensavo ai miei primi studi di ottica; tra l’altro ripensavo alla polarizzazione della luce, a quelle vibrazioni nelle due direzioni perpendicolari tra loro, e mi chiesi che avverrebbe se si trattasse di vibrazioni elettromagnetiche. Il giorno appresso mi recai al Museo Industriale, mi feci costruire alla meglio, come si poteva improvvisandolo, l’apparecchio, e vidi che la cosa andava.”
Sezione del terzo modello di motore a campo magnetico rotante di Galileo Ferraris.
Il motore a induzione asincrono di Galileo Ferraris
A seguito della scoperta realizzò, nello stesso anno, il primo modello di motore in corrente alternata. L’apparecchio era formato da due bobine di uguali dimensioni fissate perpendicolarmente tra loro (secondo la disposizione schematica indicata in figura); nello spazio compreso fra le bobine era fissato un cilindro cavo di rame. Alimentando le bobine con due correnti alternate, sfasate tra loro di un quarto di periodo, si generava, nello spazio compreso tra esse, un campo magnetico rotante tale che il cilindretto di rame sospeso tendeva a ruotare torcendo il filo di sospensione. Le correnti alternate sfasate di 90° avevano la stessa frequenza e lo stesso valore efficace per cui il campo magnetico ruotava con velocità angolare ed intensità costanti compiendo un giro per ogni periodo della corrente. Nei successivi modelli realizzati da Ferraris (secondo motore del 1885, terzo motore del 1886 e quarto motore del 1886) il sistema di sospensione era realizzato con perni e cuscinetti così che si osservava la rotazione continua del cilindretto sul suo albero.
Schema della disposizione e del funzionamento del primo modello di motore a campo magnetico rotante di Galileo Ferraris.
Il funzionamento come motore deriva dal fatto che il campo magnetico rotante, scorrendo di fronte alle singole generatrici del cilindro, genera in esso, per la legge di Faraday, delle correnti indotte che, per la legge di Lenz, si oppongono alla causa che le ha generate. L’interazione tra il campo generato da queste stesse correnti ed il campo magnetico rotante produce quindi delle forze “di reazione” che, agendo sul cilindro mobile, hanno per risultante una coppia che lo trascina in rotazione nel verso concorde a quello del campo rotante
I motori di Ferraris sono motori a induzione e vengono chiamati asincroni perché la velocità di rotazione dell’albero non coincide con la velocità di rotazione del campo magnetico rotante come avviene nei motori sincroni. L’asincronia è la causa del moto: è infatti la differenza di velocità tra il cilindro rotore ed il campo magnetico rotante a causare la variazione di campo magnetico che induce una corrente elettrica che a sua volta genera la coppia che mette in rotazione il cilindro.
Grazie alla scoperta del campo magnetico rotante e, in seguito, grazie all’introduzione del sistema trifase di distribuzione dell’energia elettrica, si diffuse rapidamente l’uso del motore asincrono, tuttora la macchina elettrica a campo magnetico rotante maggiormente diffusa nel mondo.
Apparecchi originari con cui Galileo Ferraris eseguì gli esperimenti sul campo magnetico rotante.
Quasi tutti gli apparecchi fatti costruire da Galileo Ferraris furono distrutti, insieme ai cimeli di A. Volta, nell’incendio che si sviluppò l’8 luglio 1899 durante l’Esposizione Nazionale elettrica di Como. I pochi resti, già danneggiati, furono definitivamente distrutti nell’incendio del Politecnico di Torino causato da un bombardamento il 9 dicembre 1942.
L’immagine riportata sopra è l’unico documento fotografico rimasto dei cimeli originali con cui Galileo Ferraris eseguì gli esperimenti sul campo magnetico rotante; la fotografia fu eseguita prima del 7 marzo 1897 e riprodotta negli Atti dell’Associazione Elettrotecnica Italiana.
