Il generatore di corrente elettrica.

La bicicletta è un veicolo utile e simpatico finché la si usa di giorno,ma perde generalmente

un po' di simpatia quando,con il buio,è necessario aumentare la forza sui pedali perché

alla fatica normale della propulsione si aggiunge quella necessaria al funzionamento

della cosiddetta “dinamo”. Dall'altra parte è molto pericoloso viaggiare di sera a lumi

spenti:purtroppo la cronaca degli investimenti notturni lo insegna e ribadisce con troppa

frequenza perché si possa pensare di ignorarlo.

Una dinamo che non è una dinamo.

Quello che viene impropriamente chiamato “dinamo” della bicicletta è un congegno troppo

conosciuto,almeno nella sua forma esterna,perché valga la pena di descriverla. Tutti sanno

che,azionando una levetta,si manda la “dinamo” a premere con il rullo sul fianco del

copertone. Il movimento della ruota si comunica perciò al rullo in virtù dell'attrito (si dice

che il moto è trasmesso “per frizione”); inoltre,a causa del piccolo diametro del rullo nei

confronti della ruota che lo muove,esso compie un numero elevato di giri nel tempo che

la ruota impiega a fare un solo giro. Per saperne di più converrà procedere con ordine.

Intanto precisiamo che il generatore di corrente della bicicletta non è,a dispetto della

denominazione che comunemente gli viene affibbiata,una dinamo; è invece un alternatore.

Le dinamo sono anch'esse apparecchi capaci di produrre energia elettrica,ma per molte

ragioni sono assai meno usate degli alternatori. La loro più ampia applicazione si ha nelle

automobili,dove servono per mantenere in stato di carica la batteria di accumulatori,ma

anche per questo compito da un po' di tempo esiste la tendenza a sostituirle con alternatori.

L'invenzione della dinamo.

Nel capitolo dedicato all'elettromagnetismo abbiamo visto come il grande fisico danese

Hans Christian Oersted (1777-1851) scoprì che al passaggio di una corrente elettrica,si

formava un campo magnetico attorno al filo conduttore. Subito dopo il francese André

Marié Ampère (1775-1836) sperimentò che tra i fili conduttori percorsi da corrente si

esercitavano forze di attrazione e di repulsione come tra due calamite,forze che tendevano

a provocare il movimento dei fili stessi. L'inglese Faraday si pose allora questa domanda:

se il passaggio di corrente è causa di forze magnetiche capaci di muovere i fili,non potrà

darsi che,reciprocamente,mettendo in movimento i fili entro un campo magnetico,si

formino in esso delle correnti elettriche? L'esperienza dimostrò la fondatezza di questa

intuizione: nel 1831 l'inglese Micheal Faraday (1791-1867) riuscì a produrre corrente

per via elettrodinamica,cioè con il movimento,dopo che Volta l'aveva prodotta per via

chimica,con la pila,31 anni prima. La scoperta di Faraday aveva applicazione solo in

laboratorio,ma,una volta conosciuto il principio scientifico,molti ricercatori si misero al

lavoro per costruire un generatore elettrodinamico di corrente suscettibile di applicazione

industriale. Il problema non era tanto quello di generare la corrente,quanto quello di

erogarla all'esterno della macchina,prelevandola da un complesso di circuiti in continuo

movimento rotatorio. La prima idea concreta nacque il 10 gennaio 1859 nella mente di

un elettrotecnico italiano Antonio Pacinotti (1841-1912). Nel 1860 egli presentò

all'Esposizione di Vienna un modello funzionante della sua macchina,che risolveva il

problema di prelevare la corrente con quel geniale “anello di Pacinotti” che è ancora oggi

il collettore rotante delle dinamo. L'invenzione del fisico italiano rendeva possibile nello

stesso tempo sia il generatore di corrente,sia il motore elettrico,perché,facendo girare la

dinamo a spese di una qualsiasi energia meccanica,si otteneva elettricità,e inversamente,

inviando elettricità nella dinamo,essa si poneva in rotazione fornendo energia meccanica.

La macchina,per dirla con il termine giusto,era reversibile. La dinamo,come generatore di

corrente elettrica,può ovviamente utilizzare per il suo funzionamento qualsiasi energia,

purché sia trasformata in energia di movimento rotatorio. In realtà la definizione di

generatore di corrente andrebbe modificata perché l'energia non si può generare,così come

non si può distruggere: si può solo trasformare; ma il termine è ormai entrato nella

consuetudine. In pratica le dinamo vengono fatte funzionare con l'energia di motori a

scoppio (come nelle automobili),o con motori elettrici nei cosiddetti gruppi convertitori,

atti a utilizzare corrente alternata dalla rete elettrica normale per fornire la corrente continua

richiesta da particolari utilizzazioni.

Come è fatto il generatore elettrodinamico.

Le prime centrali elettriche del mondo,che furono installate a New York nel 1882 e a

Milano nel 1883,erogavano corrente continua perché i generatori installati erano delle

dinamo. Attualmente tutte le centrali funzionanti nel mondo producono invece corrente

alternata,qualunque sia l'energia che trasformano,perché i generatori installati sono

alternatori. Un generatore elettrodinamico,dinamo o alternatore che sia,si compone in due

parti fondamentali: un induttore,ossia un elettromagnete che produce il campo magnetico,

e un indotto costituito essenzialmente da un anello di ferro sul quale sono avvolti a

spirale dei circuiti elettrici. Se smontiamo il generatore della bicicletta (che trasforma

l'energia muscolare del ciclista in energia elettrica) notiamo subito che l'induttore è una

semplice calamita,o meglio un insieme di due calamite con i poli disposti a croce,rotante

nell'interno dell'indotto. Come in ogni altro alternatore,infatti,si preferisce far ruotare il

campo magnetico mantenendo fermi i circuiti nei quali nasce,anzi si induce la corrente.

L'effetto è assolutamente identico a quello che si ottiene facendo girare i circuiti in un

campo magnetico fermo,ma il prelievo di energia è assai più facile a farsi da circuiti fermi

piuttosto che rotanti. E' superfluo aggiungere che negli alternatori delle centrali elettriche

l'induttore rotante non è una normale calamita,ma un potente elettromagnete,capace di

provocare campi magnetici molto più intensi. Pur basandosi sullo stesso principio

scientifico,dinamo e alternatore differiscono in alcune particolarità costruttive. Nella dinamo

sta fermo il magnete induttore e ruota di conseguenza l'indotto,ossia l'anello di ferro che,

girando,mantiene in movimento i circuiti nel campo magnetico. Per poter prelevare la

corrente,ognuno dei circuiti avvolti sull'anello,le estremità saldate a 2 lamine contrapposte

su un tamburo solidale con l'indotto e sporgente fuori di esso. L'insieme delle lamine,

isolate elettricamente l'una dall'altra,prende il nome di collettore perché raccoglie la

corrente che si forma nei circuiti durante la rotazione dell'indotto. Due spazzole,che in

realtà sono 2 strisce metalliche o 2 prismi di carbone appoggiati a leggera pressione sul

collettore,vengono successivamente in contatto,durante la rotazione dell'indotto,con tutte

le lamine del collettore prelevando la corrente che si forma in quel momento nel circuito

corrispondente.

Dinamo e alternatore.

La corrente erogata dalla dinamo fluisce sempre nello stesso senso perché le spazzole,

essendo fisse,prelevano energia sempre nella stessa posizione;per questo si chiama corrente

continua. L'alternatore eroga invece tutte le variazioni di corrente che si manifestano nei

circuiti indotti,per cui si hanno ai morsetti (collegati con la rete esterna di utilizzazione)

delle continue variazioni di polarità (positiva e negativa) e quindi di senso della corrente.

Nelle reti europee,la corrente alternata è dovunque a 50 periodi al secondo (o 50 herz):ciò

significa che in ogni secondo essa inverte 100 volte il senso nei conduttori,spostandosi

in questo tempo per 50 volte verso un estremo,per altre 50 verso l'altro. La convenienza

a usare corrente alternata consiste nella possibilità che offre,a differenza di quella continua,

di effettuarne il trasporto a grandi e grandissime distanze con una dissipazione minima e

con grande risparmio di metallo conduttore. Essa,inoltre,si presta al funzionamento di

motori elettrici assai semplici e pratici,quali vengono usati nelle industrie per azionare le

macchine. Quando sia proprio indispensabile ricorrere a corrente continua,la si ottiene

da quella alternata mediante raddrizzatori,o con i gruppi convertitori formati da un motore

elettrico a corrente alternata il quale fa girare una dinamo che eroga corrente continua.