Untitled

L’alta tensione:
il rocchetto di
Ruhmkorff
(cassa n.2)

La cassa N.2
Bobina (o (o rocchetto) di di Ruhmkorff,
completa di di condensatore e spinterometro

Il primo modello di macchina ad induzione di questo tipo
fu concepito e realizzato da un prete irlandese, Nicholas J.
Callan, nel 1837, dopo aver studiato presso l’Università La
Sapienza di Roma, periodo in cui ebbe modo di conoscere i
lavori di Galvani e Volta. La comunità scientifica non diede
alcun peso all’invenzione, che, pur pubblicata, finì nel
dimenticatoio.
Heinrich Daniel Ruhmkorff, nato ad Hannover in Germania e
trasferitosi prima in Inghilterra, e poi in Francia, brevettò a
Parigi nel 1851 quello che passerà alla storia con il nome di
rocchetto ad induzione di Ruhmkorff.
Una versione in miniatura del rocchetto, completa di ruttore
(anche se le vecchie puntine platinate sono sempre più
spesso sostituite da circuiti elettronici) e di condensatore, è
ancora oggi presente nelle nostre automobili con il nome di
“spinterogeno”.

Il rocchetto, che si presenta come un cilindro di dimensioni
dipendenti dalla sua “potenza”, è utilizzato per generare tensioni
elevate partendo da basse tensioni, più facilmente disponibili;
sfrutta i fenomeni dell’induzione elettromagnetica ed è costituito:
a) da un nucleo di fili di ferro dolce verniciati singolarmente per
impedire la formazione di correnti parassite che ridurrebbero
fortemente l’efficienza di trasformazione della tensione;
b) da un avvolgimento primario (induttore), posto attorno al nucleo e
costituito da un numero relativamente basso di spire di filo di rame
isolato relativamente grosso;
c) Da un avvolgimento secondario, secondario (indotto) avvolto coassialmente
all’avvolgimento primario, e costituito da un numero molto elevato
di spire di filo di rame sottile isolato e lungo anche decine di km.
Alimentando il circuito primario con una idonea tensione alternata o
pulsante, dell’ordine delle decine di Volt, al circuito secondario si
ottiene una tensione dell’ordine delle decine di migliaia di Volt, il cui
valore dipende dalle caratteristiche costruttive del rocchetto stesso.

Un rocchetto della ditta Balzarini, praticamente
identico a quello utilizzato in questo impianto, si
trova al Museo del Dipartimento di Fisica
dell’Università “La Sapienza” di Roma, e fu
utilizzato per le sue ricerche da Orso Mario Corbino,
il “talent scout” dell’Istituto di Fisica di via
Panisperna, costruito da Pietro Blaserna. L’Istituto
fu la più importante fucina di grandi nomi della
Fisica italiana, come Enrico Fermi, Franco Rasetti,
Emilio Segrè, Edoardo Amaldi, ed Ettore Majorana.
La ditta Balzarini durante la prima guerra mondiale
fornì alla Marina Militare italiana i rocchetti di
Ruhmkorff anche per gli impianti di trasmissione a
onde Hertziane installati sulle navi.

Il rocchetto di Ruhmkorff per poter funzionare deve
essere alimentato con tensione alternata o continua
pulsante: l’intensità di corrente nel circuito primario
non può essere costante.
Potendo disporre solamente di pile ( o di dinamo…),
quindi di tensioni continue, il metodo principale
utilizzato per ottenere una corrente pulsante era
quello di introdurre un sistema che interrompesse e
ripristinasse alternativamente il collegamento del
circuito primario con le pile di alimentazione.
Il primo sistema adottato era di tipo
elettromagnetico, con un interruttore comandato
direttamente dal nucleo del rocchetto.

Tipico schema elettrico di di
un un rocchetto di di Ruhmkorff
Ruttore

Nucleo del
rocchetto
Ruttore meccanico di di
un un piccolo rocchetto
Per Per gentile gentile concessione concessione di di Richard RichardVan VanVleck Vleck
www.americanartifacts.com/smma/advert
Martelletto
Contatto
con vite
regolabile
Il Il passaggio di di corrente
magnetizza il il nucleo che che
attira il il martelletto
interrompendo il il contatto
con con la la vite vite regolabile; la la
corrente si si interrompe, il il
martelletto torna indietro,
ripristina il il contatto, e il il
ciclo si si ripete

Circuito chiuso
La La corrente corrente elettrica elettrica
alimenta alimenta il il circuito circuito
primario, primario, il il nucleo nucleo si si
magnetizza magnetizza e attira attira il il
martelletto
martelletto

Il Il passaggio passaggio di di corrente corrente
elettrica elettrica viene viene interrotto, interrotto,
il il nucleo nucleo si si smagnetizza
smagnetizza
e il il martelletto martelletto torna torna nella nella
posizione posizione iniziale; iniziale; il il ciclo ciclo
si si ripete
ripete
Circuito aperto

Il circuito primario del rocchetto, in cui è inserito il
ruttore, presenta una resistenza elettrica diversa in
apertura rispetto alla chiusura: questa asimmetria si
riflette in un diverso andamento temporale delle curve
di variazione della intensità di corrente nel circuito
primario.
La resistenza, notevolmente più alta in apertura, rende
infatti molto più veloce la variazione della intensità di
corrente nel circuito primario: secondo le leggi
dell’induzione elettromagnetica, in questa fase si
genera quindi una tensione molto più elevata ai capi
del circuito secondario.

Andamento delle correnti nel nel
circuito primario e delle f.e.m.
nel nel circuito secondario
A. A. Rostagni, “Elettrologia”,
Padova, 1966

A. A. Bouwers, “Elektrische
Hoechstspannungen”, Berlin, 1939.
Chiusura del ruttore
(variazione lenta)
a = intensità di di
corrente nel nel
circuito primario
b = alta alta tensione
nel nel circuito
secondario

A. A. Bouwers, “Elektrische
Hoechstspannungen”, Berlin, 1939.
Chiusura del ruttore
(variazione lenta)
Apertura
(variazione rapida)
a = intensità di di
corrente nel nel
circuito primario
b = alta alta tensione
nel nel circuito
secondario

Poiché la velocità di apertura del circuito operata dal
ruttore era essenziale al fine di ottenere la più elevata
alta tensione possibile ai capi del circuito secondario, il
normale ruttore elettromeccanico fu riservato ai
rocchetti di tipo più semplice ed economico.
Furono quindi escogitati una miriade di ruttori operanti
con i meccanismi più disparati: da quelli meccanici
comandati da elettrocalamite, con elettrodi immersi in
bagni di mercurio, a quelli comandati da motori elettrici,
a quelli in cui i contatti mobili erano addirittura costituiti
da getti rotanti di mercurio in atmosfera di gas inerte
attivati da una piccola turbina elettrica.
Il più rapido, e quindi il più efficiente, si dimostrerà
infine un interruttore elettrolitico ideato da Wehnelt.

Tuttavia, in base alla legge di Lenz, le rapide variazioni del
campo magnetico prodotte nel circuito primario dalla apertura
e chiusura del ruttore vengono contrastate da fenomeni di
autoinduzione, dando origine a quelle che vengono chiamate
extra correnti di apertura e chiusura. chiusura Queste ultime, a loro
volta, provocano la comparsa di scariche elettriche tra gli
elettrodi del ruttore riducendo l’efficienza di trasformazione del
rocchetto di Ruhmkorff.
Nei ruttori con elettrodi ad immersione nel mercurio, l’aggiunta
di uno strato di alcool o di petrolio, oltre a ridurre i fenomeni di
ossidazione sulla superficie del mercurio, serviva a smorzare
rapidamente le scintille prodotte dalle extra correnti.
Per ridurre ulteriormente la durata delle extra correnti,
Hippolyte Fizeau nel 1853 introdusse l’utilizzo del condensatore
elettrico, che veniva collegato ai capi del ruttore.

Oltre alla fonte primaria di energia, costituita da dinamo o
batterie di accumulatori, le componenti essenziali del
circuito di alimentazione dell’apparecchio radiologico sono
le seguenti:
a) Il ruttore, ruttore per trasformare le tensioni continue in tensioni
pulsanti
b) Il condensatore, condensatore per ridurre i fenomeni indesiderati (extracorrenti)
all’apertura e alla chiusura del ruttore
c) Il rocchetto di Ruhmkorff vero e proprio, per trasformare la
bassa tensione primaria in alta tensione secondaria
d) Lo spinterometro, spinterometro per il controllo dell’alta tensione
prodotta
Sull’ottimizzazione di ciascuna di queste componenti si
concentreranno gli sforzi della tecnologia disponibile
all’epoca.

Ruttore di di Foucault a
mercurio ed ed alcool
Elettrocalamita
P.A. P.A. Daguin, “Traité
Élémentaire de de
Physique”, Paris, 1861

Ruttore di di Foucault a
mercurio ed ed alcool
Variando Variando la la posizione posizione della della massa massa
“m”, “m”, fissata fissata sulla sulla lamina lamina elastica elastica
che che fa fa da da richiamo richiamo per per l’equipaggio
l’equipaggio
mobile, mobile, si si può può variare variare la la frequenza frequenza
delle delle interruzioni interruzioni (50 (50 ÷ ÷ 60 60 al al sec.) sec.)
Elettrocalamita
P.A. P.A. Daguin, “Traité
Élémentaire de de
Physique”, Paris, 1861

Ruttore di di Foucault a
mercurio ed ed alcool
Variando Variando la la posizione posizione della della massa massa
“m”, “m”, fissata fissata sulla sulla lamina lamina elastica elastica
che che fa fa da da richiamo richiamo per per l’equipaggio
l’equipaggio
mobile, mobile, si si può può variare variare la la frequenza frequenza
delle delle interruzioni interruzioni (50 (50 ÷ ÷ 60 60 al al sec.) sec.)
L’alcool L’alcool “v” “v” e “v’” “v’” sovrapposto sovrapposto al al
mercurio mercurio ne ne impedisce impedisce l’ossidazione l’ossidazione e
soprattutto soprattutto rende rende più più rapida rapida la la
commutazione commutazione smorzando smorzando le le scintille scintille
che che si si formano formano in in apertura. apertura.
Elettrocalamita
P.A. P.A. Daguin, “Traité
Élémentaire de de
Physique”, Paris, 1861

E. BALZARINI
MILANO
Ruttore tipo tipo
Ropiquet a getti
rotanti di di mercurio
in in atmosfera di di gas gas
inerte, azionato da da
un un motorino
elettrico.

E. BALZARINI
MILANO
Ruttore tipo tipo
Ropiquet a getti
rotanti di di mercurio
in in atmosfera di di gas gas
inerte, azionato da da
un un motorino
elettrico.
Per Per gentile concessione di di Gérard Braye
www.bium.univ-paris5.fr/aspad
Questo ruttore faceva
Parte di un impianto
radiologico del 1905
prodotto dalla ditta
“Reiniger Reiniger, , Gebbert et
Schall”, Schall che prenderà il
nome di “SIEMENS SIEMENS”.
L’impianto completo è
stato esposto a Nizza nel
2001, in occasione della
quattordicesima edizione
delle giornate dentali
organizzate dall’ASPAD ASPAD
(Association de
Sauvegarde du Patrimoine
de l’Art Dentaire).
Un ruttore identico a
questo si trova abbinato ad
un rocchetto di Ruhmkorff,
presso il museo di Fisica
dell’Università di Perugia.

Ruttore a mercurio
“Campostano”
Motore
elettrico
Ruttore a
mercurio
O. O. Murani, “Fisica”, U. U.
HOEPLI, Milano, 1927

Ruttore a mercurio
tipo tipo “Campostano”

Ruttore a mercurio
tipo tipo “Campostano”
In In questo caso il il ruttore
viene azionato da da pulegge
collegate all’albero motore
della dinamo per per mezzo di di
piccole cinghie.

Aprendo il il ruttore di di
Campostano si si rendono
visibili i i due due contatti:
quello ad ad asta, sempre
immerso nel nel mercurio, e
quello a lama rotante, per per
l’intermittenza della
conduzione.

Aprendo il il ruttore di di
Campostano si si rendono
visibili i i due due contatti:
quello ad ad asta, sempre
immerso nel nel mercurio, e
quello a lama rotante, per per
l’intermittenza della
conduzione.
Le Le pulegge con con due due
diversi diametri
consentivano di di
variare la la frequenza
di di interruzione.

Vista in in trasparenza
del del ruttore, con con il il
mercurio e il il petrolio
Mercurio
per il contatto
intermittente
Petrolio
per smorzare le
scariche dovute
alle extra-correnti

Vista in in trasparenza
del del ruttore, con con il il
mercurio e il il petrolio
Mercurio
per il contatto
intermittente
Con Con il il ruttore di di
Campostano si si
potevano ottenere
parecchie centinaia di di
interruzioni al al minuto
Petrolio
per smorzare le
scariche dovute
alle extra-correnti

Ecco il motivo del
piccolo serbatoio
con il petrolio di
scorta

Un Un dettaglio del del
meccanismo a ingranaggi
tronco-conici
Tra Tra gli gli accessori
presenti nelle casse si si
trovano ancora le le
lame (o (o “lancette”) di di
ricambio.

Il supporto con il
condensatore

Ai capi del ruttore

La La targhetta sul basamento del rocchetto
che custodisce il il condensatore

Il condensatore è del tipo ad armature piane e
parallele, ed è costituito da un insieme di fogli
metallici (a quel tempo si usavano fogli di stagno)
separati da un materiale isolante.
Tra i materiali isolanti utilizzati a questo scopo si
potevano trovare carta o seta impregnate di cera, o
anche sottili fogli di cristalli di mica.
I fogli metallici di ordine pari venivano collegati
insieme e così i fogli di ordine dispari, costituendo
così le due armature del condensatore la cui
“capacità” era proporzionale alla superficie
complessiva dei fogli collegati tra loro.

La La scatola del condensatore all’interno del
basamento del rocchetto

Le Le dimensioni del del condensatore sono
4,5x52,5x26cm, e l’etichetta porta la la
scritta “revisionato da da Osvaldo Pezzi
nel nel 1982”
La La scatola del condensatore all’interno del
basamento del rocchetto

Struttura del del condensatore di di Fizeau.
A. A. Ganot “Traité de de Physique experimentale et etappliquée appliquée et etde de
métérologie”, Paris, 1876. Bibliothèque nationale de de France, Gallica,
NUMM-95086

M. M. Jamin, “Cours de de Physique de de l’École Polytecnique”, Paris, 1869

Il Il condensatore di di Fizeau visto in in sezione.
L’introduzione dell’interruttore elettrolitico di di
Wehnelt, capace di di 1500-2000 interruzioni al al
secondo, farà farà cessare l’uso del del condensatore
nei nei rocchetti di di Ruhmkorff.
M. M. Jamin, “Cours de de Physique de de l’École Polytecnique”, Paris, 1869

Il rocchetto

Il rocchetto
Nucleo di ferro e
avvolgimento primario
Avvolgimento
secondario

Il Il cilindro con con l’avvolgimento primario (cilindro sporgente, più più
interno) e il il nucleo di di fili fili di di ferro attorno a cui cui è avvolto sono più più
lunghi dell’avvolgimento secondario (cilindro esterno).
In In questo modo le le linee di di forza del del campo magnetico creato dal dal
circuito primario si si avvicinano al al circuito secondario, aumentando
l’efficienza di di produzione dell’alta tensione.

Pur Pur essendo in in quell’epoca uno uno dei dei migliori dispositivi per per generare
alte alte tensioni, il il rendimento energetico di di un un rocchetto, vale vale a dire dire il il
rapporto tra tra l’energia ottenuta e quella fornita, non non superava il il 20%.
Il Il cilindro con con l’avvolgimento primario (cilindro sporgente, più più
interno) e il il nucleo di di fili fili di di ferro attorno a cui cui è avvolto sono più più
lunghi dell’avvolgimento secondario (cilindro esterno).
In In questo modo le le linee di di forza del del campo magnetico creato dal dal
circuito primario si si avvicinano al al circuito secondario, aumentando
l’efficienza di di produzione dell’alta tensione.

Il Il rocchetto di di Ruhmkorff
visto in in sezione
E. E. Perucca, “Fisica Generale e
sperimentale”, U.T.E.T.,Torino, 1942

Il Il rocchetto di di Ruhmkorff
visto in in sezione
Il Il nucleo N è costituito da da
fili fili di di ferro isolati tra tra loro loro
per per ridurre le le perdite
dovute alle alle correnti
parassite di di Foucault
E. E. Perucca, “Fisica Generale e
sperimentale”, U.T.E.T.,Torino, 1942

Il Il rocchetto di di Ruhmkorff
visto in in sezione
Il Il nucleo N è costituito da da
fili fili di di ferro isolati tra tra loro loro
per per ridurre le le perdite
dovute alle alle correnti
parassite di di Foucault
E. E. Perucca, “Fisica Generale e
sperimentale”, U.T.E.T.,Torino, 1942
Per Per impedire il il formarsi di di cariche
distruttive tra tra spire vicine, a causa
delle elevate tensioni in in gioco,
l’avvolgimento secondario S è
suddiviso in in settori isolati tra tra loro
loro

Il Il rocchetto di di Ruhmkorff
visto in in sezione
Il Il nucleo N è costituito da da
fili fili di di ferro isolati tra tra loro loro
per per ridurre le le perdite
dovute alle alle correnti
parassite di di Foucault
E. E. Perucca, “Fisica Generale e
sperimentale”, U.T.E.T.,Torino, 1942
Campo magnetico
Per Per impedire il il formarsi di di cariche
distruttive tra tra spire vicine, a causa
delle elevate tensioni in in gioco,
l’avvolgimento secondario S è
suddiviso in in settori isolati tra tra loro
loro

polo
positivo
Lo spinterometro
polo
negativo

Lo spinterometro è collegato in parallelo
all’avvolgimento secondario del rocchetto di
Ruhmkorff, ed è in sostanza uno strumento di
misura dell’alta tensione generata, che veniva
stimata in base alla lunghezza delle scariche
prodotte.
La “potenza” di un rocchetto si esprimeva infatti
in cm di lunghezza della scarica misurata sullo
spinterometro.
Nel nostro caso abbiamo a che fare con un
rocchetto molto potente (leggi: in grado di
sviluppare tensioni elevate), in grado di
produrre scariche lunghe fino a 35cm.

Per Per gentile concessione di di Peter Schnetzer
http://www.infogr.ch/roehren/DDR1/ddr1.htm
Una scarica lunga “solo” 12cm
(0,4sec. di esposizione)

Poiché il il rocchetto del Museo di di
Rovereto era in in grado di di produrre
scariche da da 35cm, si si può dedurre
indicativamente che si si realizzassero
d.d.p. dell’ordine di di 40.000V
Potenziali esplosivi di di uno uno spinterometro di di riferimento con con elettrodi
costituiti da da sferette di di 1cm 1cm di di diametro. Distanze in in cm, cm, potenziali in in
Volt, condizioni standard di di temperatura e pressione.
(U. (U. Forti, Forti, “Fisica “Fisica per per i i Licei Licei Scientifici”, vol. vol. III, III, La La Nuova Nuova Italia, Italia, Firenze, 1957) 1957)

Poiché il il rocchetto del Museo di di
Rovereto era in in grado di di produrre
scariche da da 35cm, si si può dedurre
indicativamente che si si realizzassero
d.d.p. dell’ordine di di 40.000V
In In realtà questi valori dipendono fortemente
anche dalla forma degli elettrodi: il il limite
della rigidità dielettrica per per un un condensatore
piano, in in aria, aria, è di di 20 20 – 30 30 kV kV al al cm cm (Perucca,
op.cit.).
Potenziali esplosivi di di uno uno spinterometro di di riferimento con con elettrodi
costituiti da da sferette di di 1cm 1cm di di diametro. Distanze in in cm, cm, potenziali in in
Volt, condizioni standard di di temperatura e pressione.
(U. (U. Forti, Forti, “Fisica “Fisica per per i i Licei Licei Scientifici”, vol. vol. III, III, La La Nuova Nuova Italia, Italia, Firenze, 1957) 1957)

Il rocchetto di Ruhmkorff utilizzato nella
guerra greco-turca del 1897 produceva
scariche lunghe circa 25cm.
Per l’avvolgimento del secondario di quel
rocchetto furono richiesti oltre 20km di
filo di rame.
Da “Scenes of the past, Birth of Battlefield Radiology: Greco-
Turkish War of 1897”, Ianna A. Ramoutsaki, RadioGraphics
2001; 21:263-266.