Principio di funzionamento di un Amperometro

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Riassunto / Abstract

L'esperimento illustra il principio di funzionamento di uno strumento capace di misurare l’intensità di corrente continua che circola in un conduttore metallico.

Scheda sintetica delle attività

Si costruisce una bobina con filo di rame e cartone e la si connette ad una pila o alimentatore in corrente continua attraverso un interruttore. Quando passa corrente nella bobina un aghetto magnetico posto perpendicolare all’asse della bobina ruoterà proporzionalmente all’intensità di corrente.
Si osserva infine un amperometro che funziona con l’orientamento di una sbarretta magnetica posta in una bobina. L’intensità di corrente elettrica si misura in Ampère (in onore dello scienziato francese Ampere) e per tale motivo questo strumento è chiamato “amperometro” 

Risorse necessarie

  • Piccola bussola o aghetto magnetico girevole intorno ad un perno centrale;
  • 1 cilindro di plastica dura o di cartone di diametro di almeno 1cm superiore a quello della bussola;
  • 4 metri di filo di rame verniciato (filo che gli elettricisti usano per gli avvolgimenti elettrici), non molto sottile (diametro del filo: 2mm);
  • 2 bobine da 600 spire con morsetti per connessione elettrica;
  • 5 cavetti ricoperti con morsetti o “coccodrilli” per la connessione elettrica dei componenti;
  • Interruttore a pulsante;
  • pila da 9 V oppure alimentatore da 12V/5A in cc;
  • piccolo galvanometro a zero centrale;

Prerequisiti necessari

  • Corrente continua, resistenze in serie ed in parallelo;
  • campo magnetico generato da una bobina percorsa da corrente continua;
  • interazione fra correnti e magneti;
  • coppia di forze e momento della coppia.

Obiettivi di apprendimento

  • Comprendere il funzionamento di uno strumento di misura di intensità della corrente continua.

Dotazioni di sicurezza

Mantenersi scrupolosamente a tensioni massime di 12-14 V.

Svolgimento

L'esperimento di Oersted mostra che una corrente rettilinea fa ruotare l’ago di una bussola intorno al suo perno fino a disporlo (per correnti molto intense) in direzione perpendicolare alla corrente stessa. Si può usare questa azione di correnti su magneti per rilevare una qualsiasi corrente elettrica.

Realizzazione

  • Avvolgete il filo di rame intorno al cilindro di cartone con spire ordinate. Fissate con nastro adesivo di carta le spire sul cilindro di cartone lasciando libere le due estremità del filo per una lunghezza di 20 cm. Togliete la vernice del filo per qualche centimetro ad ognuna delle estremità libere per permettere la connessione elettrica con l’alimentatore.
  • Appoggiate la bobina (ad esempio su un bicchiere) in modo che il suo asse sia orizzontale.
  • Posizionate l’ago magnetico (o la bussola) il più possibile vicino alla bobina cilindrica ed in direzione perpendicolare al suo asse così che l’ago magnetico possa ruotare nel piano orizzontale.
  • Collegate gli estremi della bobina cilindrica ai morsetti della pila e dell’interruttore in modo che tutti i componenti siano in serie (vedi figura 1).
Come si dispone l’ago magnetico? …

Figura 1 : azione magnetica della corrente elettrica che fluisce in una bobina
 
Se oltre all’avvolgimento (bobina) che contiene la bussola si inseriscono nel circuito una o due bobine in serie  (come in figura 2), quando si chiude il circuito come si dispone l’ago magnetico? 
Che differenza si nota rispetto al circuito con un solo avvolgimento?

Figura 2 : due bobine in serie e aghetto che ne risente
 

Interpretazione

L’ago magnetico ruota in presenza della corrente elettrica (come del resto si orienta anche la limatura di ferro) poiché il campo magnetico della bobina esercita una coppia di forze sulle polarità dell’ago (figura 1).

Inserendo nel circuito due avvolgimenti in più se ne aumenta la resistenza  totale e, a parità di tensione, la corrente risulta meno intensa: l’ago viene meno deviato.

Possiamo così, attraverso le diverse deviazioni dell’ago magnetico, confrontare diverse intensità di corrente elettrica e quindi, tarando lo strumento con diverse correnti di intensità conosciuta, possiamo ottenere precisamente la misura della intensità di corrente.


Realizzazione di un semplice modellino di galvanometro a zero centrale

 Un piccolo galvanometro verticale consiste in un magnete lineare (calamita) girevole intorno ad un asse orizzontale. La calamita è solidale ad un ago verticale il cui estremo superiore, ruotando, scorre su scala graduata (figura 3a); un contrappeso collegato al di sotto della calamita fa in modo che nella posizione di equilibrio stabile l'ago sia verticale. 
       
Figura 3: semplice amperometro in miniatura; a) l'equipaggio mobile; b) l'amperometro in azione


 La parte con la calamita viene inserita in una bobina posta con asse verticale e, quando nella bobina passa corrente, la calamita, che inizialmente è orizzontale, tende a disporsi verticalmente ma il suo moto è contrastato dal contrappeso e l’indice si sposta lungo la scala graduata fino a fermarsi in una certa posizione (figura 3b). 

Figura 4: funzionamento di un amperometro a bobina mobile


Analogamente, inserendo una bobina tra le espansioni polari di un magnete, quando passa corrente nella bobina, essa si orienta nel campo magnetico facendo muovere un indice su scala graduata. In questo modo funzionano gli strumenti di misura di corrente (e tensione) continua a bobina mobile (vedi figura 4).

Note e storia

il galvanometro verticale con magnete era una costruzione degli anni '60 fornita nelle cassette didattiche dell PARAVIA-NORSTED.

Autori

Sestini Novella