Antonino Maria Ferro Moto perpetuo o future fonti energetiche?

Saggistica Aracne

Antonino Maria Ferro Moto perpetuo o future fonti energetiche?

Copyright MMXV Aracne editrice int.le S.r.l. www.aracneeditrice.it info@aracneeditrice.it via Quarto Negroni, 15 00040 Ariccia (RM) (06) 93781065 ISBN 978-88-548-8607-0 I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: luglio 2015

Dedico questo testo a coloro che ogni giorno lavorano e studiano nella ricerca scientifica, in particolare coloro che aderiscono al manifesto di Erice quindi alla fondazione Ettore Majorana di Erice, Trapani

Indice 11 Introduzione Parte I Magnetismo e applicazioni energetiche 15 Capitolo I Cosa è il magnetismo 1.1. Generalità, 15 1.2. Magnetismo naturale, 15 1.3. Magneti permanenti e temporanei., 16 1.4. Caratteristiche dei magneti, 16 1.5. Magnetizzazione per induzione, 17 1.6. Magnetini elementari, 19 1.7. Analogia fra campo magnetico e campo elettrico, 20 1.8. Spettri magnetici, 21 1.9. Equilibrio fra le forze magnetiche, 21 1.10. Elettromagnetismo, 23 1.11. I solenoidi, 24 1.12. Gli elettromagneti, 26 1.13. Grandezze del campo magnetico, 26 1.14. Forza magnetica od intensità di campo, 27 1.15. Tensione magnetica, 27 1.16. La forza magnetomotrice, 28 1.17. Il flusso magnetico, 28 1.18. Riepilogo delle grandezze magnetiche, 30 1.19. La permeabilità magnetica, 31 1.20. Permeabilità magnetica nel vuoto., 31 1.21. Saturazione magnetica, 32 1.22. Caratteristiche di magnetizzazione, 32 1.23. Modifiche di campo apportate da un materiale ferromagnetico, 32 1.24. toc=i circuiti magnetici, 33 1.25. toc=calcolo di un circuito magnetico, 34 1.26. Calcolo della forza magnetica, 34 1.27. Analogie fra circuiti magnetici e circuiti elettrici., 35 1.28. Energia dei campi magnetici, 35 1.29. Applicazioni del magnetismo, 36 1.30. Interazione fra correnti e campi magnetici, 36 1.31. Le azioni meccaniche (principio dei motori), 37 1.32. Espressione della forza elettromagnetica., 39 1.33. I motori elettrici, 40. 41 Capitolo II Proprietà magnetiche della materia 2.1. Generalità, 41 2.2. Classificazione dei materiali magnetici. Momento magnetico specifico, 41 2.3. Diamagnetismo, 43 2.4. Paramagnetismo, 43 2.5. Ferromagnetismo. Isteresi magnetica, 44. 7

8 Indice 51 Capitolo III Cosa è la magnetodinamica 3.1. Generalità, 51 3.2. Fenomeni teorico pratici sulla magnetodinamica, 51 3.3. Il percorso circolare, 52 3.4. L esempio più semplice di magnetodinamica, 53 3.5. Differenza di densità magnetica, 53 3.6. Scopo dei motori magnetodinamici, 54 3.7. I motori magnetici, 54 3.8. Applicazioni della magnetodinamica, 55 3.9. Bilanci energetici, 56 3.10. Lavoro magnetico, 56 3.11. Macchina magnetodinamica in blocco, 56 3.12. L avviamento., 56 3.13. La potenza, 57 3.14. Perdite e rendimenti, 57 3.15. Utilizzo e scopo dell energia magnetodinamica, 58 3.16. Centrali elettromagnetodinamiche, 59 3.17. Segni grafici, 59 3.18. Conclusioni, 59. 63 Capitolo IV Il magnetometro magnetodinamico 4.1. Generalità, 63 4.2. Spiegazione del progetto, 65 4.3. Segni grafici, 67 4.4. Spiegazione meccanica, 68 4.5. Conclusioni, 71 4.6. Simbologia, 71. 73 Capitolo V Applicazione della magnetodinamica con statore magnetico circolare 5.1. Generalità, 73 5.2. Spiegazione del funzionamento della macchina, 73 5.3. Struttura della macchina, 75. 77 Capitolo VI Applicazione del magnetometro magnetodinamico 6.1. Generalità, 77 6.2. Spiegazione del progetto, 79 6.3. Conclusioni, 81 6.4. Simbologia, 82. Parte II Applicazioni energetiche dei fenomeni magnetici alternativi 85 Capitolo I I fenomeni magnetofluidostatici 1.1. Generalità, 85 1.2. La magnetofluidostatica, 85 1.3. Il circuito elettrico, 86 1.4. I magneti permanenti alternativi (MPA), 87 1.5. Materiali magnetici, 87 1.6. Avvolgimenti elettrici, 88 1.7. Caratteristiche

Indice 9 dei vari tipi di collegamento, 88 1.8. I segni grafici degli MPA, 88 1.9. Principio di funzionamento dell MPA, 90 1.10. Considerazione sui flussi magnetici, 90 1.11. MPA monofasi, 93 1.12. MPA trifasi, 93 1.13. Forma dei nuclei, 94 1.14. Diagramma di funzionamento., 95 1.15. Funzionamento a vuoto, 97 1.16. Funzionamento sotto carico., 98 1.17. Funzionamento da vuoto a carico, 100 1.18. Funzionamento del MPA in cortocircuito, 101 1.19. toc=bilancio energetico di un MPA, 102 1.20. Funzionamento in parallelo di un MPA, 103 1.21. Accoppiamento in parallelo di MPA, 104 1.22. Schema per MPA monofasi collegati in parallelo, 104 1.23. Schema per MPA trifasi collegati in parallelo, 105 1.24. Sommario, 105 1.25. Conclusioni, 106 1.26. Simbologia, 107. Parte III Energia ottenuta dall unione di più fenomeni fisici 111 Capitolo I Cenni su alcuni fenomeni fisici 1.1. Generalità, 111 1.2. Nozioni sulla gravità e principi di Archimede, 111. 115 Capitolo II La gravitafluidodinamica 2.1. Generalità, 115 2.2. Introduzione, 115 2.3. Spiegazione del progetto, 116 2.4. Conclusione, 124 2.5. Simbologia, 124. Parte IV Energia dal mare 129 Capitolo I Energia dalle correnti marine 1.1. Generalità, 129 1.2. Le correnti marine, 129 1.3. Correntometro, 130 1.4. Funzionamento della macchina, 131 1.5. Elenco degli strumenti presenti in fig. 1.3 e in fig. 1.4, 133 1.6. Vantaggi, 134 1.7. Potenza ottenibile, 134 1.8. L abitacolo, 135 1.9. Esperimento, 135. 141 Bibliografia

Introduzione Esiste il moto perpetuo? Da quello che sappiamo niente si muove a livello macroscopico se non vi è una fonte di energia, è naturale chiedersi se esiste qualcosa che si muova senza nessuna forza iniziale. Ebbene si, a livello microscopico gli atomi sono costituiti, da un nucleo dove vi sono delle cariche positive e neutre, circondati da elettroni di carica negativa. Il movimento degli elettroni intorno ad un nucleo è perpetuo, cioè il nucleo mantiene in maniera perpetua la sua carica positiva, mentre l elettrone mantiene in maniera perpetua la sua carica negativa. Se poi questi atomi vengono disposti in una posizione per così dire uguale, si forma nel materiale un campo magnetico, che può rimanere costante, e perpetuo, (magneti permanenti), per un tempo molto lungo, si calcola per alcuni materiali circa 400 anni. È evidente che se spendiamo 10, possiamo ottenere 1000, grazie alla possibilità di sfruttare i magneti permanenti, che hanno un costo iniziale, ma un guadagno molto elevato. I campi magnetici e elettrici interagiscono fra di loro, su questo principio si può lavorare per creare macchine che producano energia meccanica, sfruttando i fenomeni magnetici. Per capire meglio il fenomeno, si invita a leggere le pagine del testo, che spiegano, in maniera più accurata il fenomeno magnetico, nei materiali. Il modo migliore e più semplice per produrre energia dai magneti permanenti e descritto nel capitolo V. In futuro con le nuove tecnologie, l umanità avrà bisogno di tanta energia, in un anno, quanto tutta l umanità ne ha consumata nel XX secolo. I trasporti avranno bisogno di più energia, non solo autoveicoli, ma anche i trasporti navali, trasporti aerei, trasporti spaziali, industria produttiva, agricoltura, edilizia e restauro, edilizia spaziale, estrazione minerali, sia sulla Terra, ma anche sulla Luna su Marte, e nello spazio, dove le condizioni lo permettano, inoltre l aumento demografico obbliga la necessità di avere più energia. 11

12 Introduzione Nel testo vengono prese in considerazione anche altre possibilità come produrre energia elettrica dai campi magnetici alternativi, qualcosa che deve essere ancora studiato, ma di cui si può prevedere il funzionamento e gli effetti. I campi magnetici alternativi, non esistono attualmente ma si può prevedere, che in futuro la ricerca di nuovi materiali, che funzionino creando magneti permanenti alternativi, sia possibile. Uno studio approfondito viene inoltre inoltrato sulla gravitafluidodinamica, una macchina complessa il cui funzionamento viene spiegato in maniera dettagliata passo dopo passo, consiglio quindi attenta lettura per capire quali sono i movimenti che si susseguono uno dopo l altro. Questa macchina la gravitafluidodinamica, sfrutta diversi fenomeni naturali, la forza di gravità, la pressione dell aria, i principi di Archimede. Tutto funzionante automaticamente con l aiuto di computer in particolare di PLC. Alla fine del testo, viene ripreso lo studio di una macchina, che sfrutta le correnti marine, si fa un piccolo cenno, al funzionamento e alla posizione dell intera centrale, nei luoghi dove è possibile lo sfruttamento.

PARTE I MAGNETISMO E APPLICAZIONI ENERGETICHE

Capitolo I Cosa è il magnetismo 1.1. Generalità Lo studio dei fenomeni magnetici è molto importante nella produzione industriale, il magnetismo è un fenomeno che si trova ovunque nell universo e in qualsiasi luogo le caratteristiche sono identiche, quindi conoscere i fenomeni magnetici e i vantaggi che da esso si possono ricavare è di fondamentale importanza. Gli usi del magnetismo coprono uno svariato campo di applicazioni, nella medicina, nella meccanica, nell elettrotecnica, nell elettronica, nella robotica, nell aeronautica, nei sistemi spaziali. 1.2. Magnetismo naturale Esiste in natura un certo numero di sostanze, in generale minerali di ferro, le quali possiedono la caratteristica di attirare dei pezzettini di ferro: in particolare questa proprietà è posseduta dalla magnetite, minerale di ferro, per cui essa è stata chiamata magnetismo. Il magnetismo può essere ottenuto, attraverso particolari trattamenti, anche in sostanze che non sono naturalmente magnetiche, come il ferro e sue leghe, ghisa e acciaio, o speciali leghe di alluminio, cobalto e nichel, come l alnico. I corpi ottenuti con questi materiali, generalmente a forma di barrette o a ferro di cavallo, si chiamano calamite o magneti e si distinguono in magneti naturali e magneti artificiali: i primi possiedono il magnetismo già allo stato naturale, così come si trovano nei giacimenti minerali, mentre i secondi vengono ad averlo solo dopo aver subito un trattamento di magnetizzazione. 1 1. BANDINI BUTI A., BERTOLINI M., Elettrotecnica pratica, Vol I, Elementi fondamentali, Editoriale Delfino, Milano 1971 (1978), pag. 227. 15

16 I. Magnetismo e applicazioni energetiche 1.3. Magneti permanenti e temporanei. I magneti artificiali si dividono ulteriormente in magneti permanenti e magneti temporanei: i primi, una volta magnetizzati, conservano la loro caratteristica, mentre i magneti temporanei la perdono non appena cessa la causa che ha prodotto in loro la magnetizzazione. Le leghe speciali e l acciaio sono adatti per formare dei magneti permanenti, mentre il ferro dolce (impiegato ad esempio in tutte le macchine elettriche) costituisce un tipico esempio di magnete temporaneo. Mentre tutti i metalli, sono buoni conduttori elettrici, non tutti sono magneticamente attivi. In generale lo sono il ferro, le sue leghe e leghe speciali che vengono quindi classificati come ferromagnetici, ossia di buone caratteristiche magnetiche come il ferro. Altri corpi minimamente influenzati dal magnetismo, come i corpi non metallici, il rame e le sue leghe, l alluminio, ecc., per cui vengono detti diamagnetici. Altri ancora hanno caratteristiche analoghe ai ferromagnetici ma in misura meno spiccata e si chiamano paramagnetici. 2 1.4. Caratteristiche dei magneti Per definire meglio le caratteristiche dei corpi magnetici conviene prendere un piccolo magnete artificiale permanente a forma di ago che sia libero di ruotare attorno al proprio punto centrale (in sostanza si tratta degli aghi che si trovano entro le bussole). In primo luogo se immergiamo un ago entro la limatura di ferro, estraendolo vediamo che esso ne rimane coperto specialmente alle sue estremità, nelle quali si rivela quindi massima l attività magnetica: gli estremi di un magnete si chiamano poli. Tuttavia i due poli di un magnete non sono equivalenti e per renderci conto di questo fatto basta porre l ago libero sul suo asse e lontano da corpi metallici: vedremo che esso si orienta in una direzione ben determinata che corrisponde all incirca con quella dei poli terrestri (Fig 1.1.). Questo fatto dimostra innanzi tutto che anche la Terra si comporta come un grande magnete aventi i suoi poli coincidenti con i Poli geografici. Da questa constatazione è nata la denominazione dei poli dell ago e di qualsiasi corpo magnetizzato: si chiama polo nord (indicato con N) l estremità di un magnete che orientandosi liberamente si rivolge verso il Nord geografico (nell ago è la parte generalmente di colore scuro), si chiama polo sud (S) l altra estremità che si rivolge verso il sud geografico. Prendiamo ora due aghi magnetici in grado di ruotare e poniamoli vicini: vedremo che se si trovano di fronte i due N o i due S si avrà una forza di repulsione, mentre se sono affacciati un N con un S essi si 2. Ivi, pagg. 227 228.