Descrizione del dispositivo di Hertz

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1 Descrizione del dispositivo di Hertz Introduzione: L apparato qui descritto è una rivisitazione in chiave moderna del dispositivo costruito da Heinrich Hertz per studiare le onde elettromagnetiche;grazie ad esso, nel 1886 lo scienziato riuscì a dimostrare che tali onde sono in grado di propagarsi nello spazio, e che la velocità di propagazione delle onde è la stessa di quella della luce (~ km/s.). Più tardi, verso il 1895, Guglielmo Marconi avrebbe modificato tale dispositivo per ottenere il primo telegrafo senza fili. L apparato si compone di due parti :una serve a produrre delle onde elettromagnetiche, la seconda (il risonatore) serve invece a rivelare la presenza di tali onde. Prima parte: oscillatore ed emettitore Spinterometro Alimentatore Circuito oscillante Trasformatore (bobina d auto) Dipolo di Hertz (risonatore aperto)

2 ALIMENTATORE: Si tratta di un apparecchio collegato alla rete 220V, che fornisce al circuito oscillante la corrente continua necessaria; equivale ai trasformatori che spesso si utilizzano per piccoli apparecchi domestici. CIRCUITO OSCILLANTE: Si tratta di un dispositivo che, utilizzando corrente continua ( in questo caso, da 12V a 24V), produce della corrente alternata ad una ben determinata frequenza (400Hz per questo dispositivo), che va ad alimentare il trasformatore Il circuito ha la struttura seguente: NB: nel circuito reale l oscillatore non ha un suo interruttore(quello dell alimentatore supplisce a tale necessità), e la batteria è stata sostituita dall alimentatore. Senza andare nei dettagli, basti sapere che i primi due transistor (partendo da sinistra) producono insieme un segnale (a onda quadra) a bassa frequenza, che viene amplificato prima dal terzo e poi dal quarto transistor, per essere infine inviato alla bobina attraverso i terminali A e B. (AUTO)TRASFORMATORE: E una bobina d auto, che innalza la tensione della corrente alternata dell oscillatore fino a qualche diecina di migliaia di Volt. Tale trasformatore spesso viene chiamato bobina, poiché gli avvolgimenti primario (bassa tensione) e secondario (alta tensione) sono stati ricavati su un unico solenoide: ~20V ATTENZIONE: NON TOCCARE I TERMINALI DELLA BOBINA, LE TENSIONI COINVOLTE SONO PERICOLOSE!!!!!!

3 DIPOLO DI HERTZ: Dispositivo inventato dallo stesso Hertz per irradiare onde el elettromagnetiche nell ambiente circostante. Esso funziona come un circuito risonante LC parallelo, essendo formato da un induttanza ( i due tubi di rame) e un condensatore (le due piastre in stagnola);tale circuito oppone la massima impedenza a una certa radiofrequenza, tendendo così ad irradiarla. La parte principale del dipolo di Hertz (detto anche risonatore aperto)è costituito dallo spinterometro, formato in questo caso da due viti vicine fra loro e inserite ciascuna in uno dei tubi di rame.le scintille che scoccano fra le due viti producono onde radio, che sono irradiate poi da tutto il dipolo. A lato: Campo elettrico attorno ad un oscillatore hertziano tracciato ad intervalli di tempo T/4. ATTENZIONE: TOCCARE IL DIPOLO SOLO AD APPARECCHIO SPENTO! Il ricevitore Per rilevare le onde elettromagnetiche, Hertz si era servito di una spira metallica, e osservava se fra i capi del filo che la componevano scoccavano piccole scintille. In questa esperienza si è preferito utilizzare un elettroscopio, cioè uno strumento capace di rilevare la presenza di cariche elettriche.lo schema dell elettroscopio è molto semplice:

4 Il FET è un particolare transistor(detto a effetto di campo ), che in questo caso si comporta come un interruttore, che si apre o chiude a seconda di cosa rilevi al terminale G.Se i fili risentono di campi elettrici ( o si trovano ad un certo potenziale), allora al terminale G (gate, porta ) del FET vi è una tensione, che induce il transistor a chiudere il circuito (con conseguente accensione del led). La resistenza R1 serve a proteggere il circuito da tensioni troppo elevate agli estremi del filo. Durante la prova dell elettroscopio è emerso che lo strumento è particolarmente sensibile all involucro metallico della batteria, specialmente se viene leggermente schiacciato; per un buon funzionamento dello strumento occorre tenere in mano la batteria ( forse perché così eventuali piccole cariche sull involucro si scaricano attraverso il corpo ). Come utilizzare il dispositivo di Hertz 1) Accendere l alimentatore : dallo spinterometro si dovrebbe vedere e udire la scintilla; se ciò non accade, spegnere l alimentatore e provare ad avvicinare LEGGERMENTE i due tubi di rame, quindi riprovare a far funzionare l apparecchio. Si può provare ad aggiustare MOLTO DELICATAMENTE le viti dello spinterometro (sempre ad apparecchio spento). 2) Accendere l elettroscopio con l apposito interruttore, avendo cura di tenere in mano la batteria mentre si usa lo strumento. 3) Rimanendo nelle immediate vicinanze del dipolo, reggere l elettroscopio in una posizione tale che il LED sia almeno parzialmente spento. Si dovrebbe notare che il LED modifica la sua luminosità a seconda del comportamento della scintilla in quel momento. 4) E interessante provare a ripetere il rilevamento cambiando la propria posizione ; si dovrebbe osservare che l intensità delle onde elettromagnetiche decresce rapidamente se ci si allontana dal dipolo. 5) Alla fine, SPEGNERE SIA L ALIMENTATORE CHE L ELETTROSCOPIO. Consigli e avvertenze: Nel materiale dell esperimento è compreso uno scaricatore, che assomiglia nell aspetto a una fionda senza elastico fatta di filo metallico plastificato; serve ad annullare eventuali residui di tensione sul dipolo (è

5 sufficiente collegare le due estremità con i tubi di rame ) o a stimolare la scintilla sullo spinterometro (basta avvicinare un estremità alle due viti). Mentre l apparecchio è in funzione, né il dipolo né i terminali della bobina vanno toccati poiché in essi vi sono tensioni elevate; tali tensioni rimangono anche per pochi secondi dopo lo spegnimento dell alimentatore: attendere o utilizzare lo scaricatore. Evitare in tutti i modi che i fili dello spinterometro tocchino il dipolo: lo strumento potrebbe rimanere danneggiato. La struttura dell oscillatore è molto delicata: è preferibile non toccarla. Sulla lamina metallica dell oscillatore, dalla parte opposta degli altri componenti, è montato il transistor 2N3055 (assomiglia a un grosso bottone metallico); fare attenzione poiché durante il funzionamento tale transistor è molto caldo. Per garantire un buon funzionamento dell apparecchio nel tempo, è bene non tenere acceso il dispositivo ogni volta per più di un minuto. Qualora il dipolo si rompesse (es.: le viti non stanno e formano un cortocircuito), esso và staccato dal resto e sostituito dallo spinterometro montato sulla tavola dei circuiti ( è formato da due viti molto lunghe, è sufficiente avvicinarle fra loro ruotandole). Marco Barbisan (IISS Duca degli Abruzzi Treviso) Seguono i fogli da porre accanto all apparecchio.