Piccola macchina reversibile (35 cm x 15 cm x 20,5 cm) atta a trasformare energia meccanica in energia elettrica, quando funziona da dinamo, ed energia elettrica in energia meccanica, quando funziona da motore elettrico.
È fissata ad una piattaforma di legno (58 cm x 21,5 cm tramite due blocchi, pure di legno; l'albero motore è verticale, poggia sulla piattaforma mediante un supporto munito di vite di regolazione e porta una puleggia di trasmissione in alto (diametro utile 7 cm) e due in basso (diametro utile 3,8 cm). È il documento più significativo della permanenza di Antonio Pacinotti a Cagliari come Professore di Fisica Sperimentale presso la Regia Università (1873-1881). Inventariata solo nel 1887 (ben sei anni dopo il trasferimento di Pacinotti a Pisa) fu costruita dallo stesso Pacinotti con il Macchinista del Gabinetto di Fisica e Assistente preparatore Giuseppe Dessì, tra il 1878 ed il 1880, insieme ad altre due che si trovano una a Pisa, tra i cimeli del Museo Pacinotti e l'altra a Londra, nel Science Museum. Gli elementi essenziali della macchina sono:
1) l'induttore o statore che è fisso ed è costituito da due avvolgimenti cilindrici verticali (diametro esterno 7,2 cm; altezza 16 cm) i cui nuclei di ferro sono chiusi fra loro in alto, mediante una lastra di ferro e terminano in basso con espansioni polari di forma cilindrica, realizzate con tre lastre di ferro sovrapposte e isolate tra loro (spessore complessivo 3,5 cm);
2) l'indotto o rotore (diametro esterno 14,5 cm; interno 3,5 cm) che è solidale e coassiale con l'albero motore, ruota tra le espansioni polari dell'induttore ed è costituito da un anello di ferro sul quale sono avvolti 16 gruppi di spire collegati in serie fra loro e l'ultimo col primo. Quando l'indotto viene posto in rotazione, se c'è una pur debole magnetizzazione residua nell'induttore, si generano nei suoi avvolgimenti delle f.e.m. indotte; per raddrizzare la corrente generata, ciascuno dei sedici terminali comuni a due avvolgimenti contigui è collegato ad una delle sedici lamelle di rame, fra loro isolate, fissate sulla superficie di un cilindro isolante (collettore) (diametro 3,6 cm; altezza 8,3 cm), coassiale e solidale con l'albero motore. Sul collettore poggiano, da parti diametralmente opposte, due spazzole di rame che prelevano la corrente che alimenta in serie, sia il carico che le elettrocalamite dell'induttore (dinamo ad autoeccitazione in serie). Perché tensioni e correnti possano persistere è necessario che la rotazione dell'indotto avvenga nel verso in cui la corrente generata, attraversando le elettrocalamite dell'induttore, tende ad aumentare la magnetizzazione residua nel suo nucleo di ferro.
Quando la resistenza del circuito esterno è elevata, e in tutti i casi in cui si vuole aumentare la magnetizzazione dell'induttore, si può inserire un dispositivo detto da Pacinotti sopraeccitatore. Esso è costituito da un cilindro (diametro 3,6 cm; altezza 3,5 cm) solidale e coassiale con l'albero motore, ricoperto per circa tre quarti da una lamina conduttrice e per la parte rimanente da un isolante. Su di esso strisciano, da parti diametralmente opposte, due spazzole di rame che, essendo collegate ai morsetti della macchina, escludono e ricollegano il carico ad ogni quarto di giro. Infatti nel quarto di giro in cui una delle spazzole è in contatto con il settore isolante, la corrente generata attraversa l'induttore ed il carico; nel quarto di giro successivo, in cui entrambe le spazzole sono in contatto con il settore conduttore, il carico risulta cortocircuitato e la corrente attraversa solo l'induttore aumentando la magnetizzazione; e così via di quarto di giro in quarto di giro.
Sia le spazzole del collettore che quelle del sopraeccitatore sono costituite da una serie di sottili lamelle di rame, tenute affiancate e molto vicine tra loro da una laminetta di rame alla quale sono saldate in un estremo.
Ciascuna spazzola è incernierata al telaio della macchina dalla parte della lamina e sfrega nel centro sull'organo in movimento (collettore o sopraeccitatore); mentre sull'estremo libero agisce un premi spazzola di ottone a cerniera, tramite un cuscinetto di materiale isolante sufficientemente morbido ed elastico.
Il contatto tra le spazzole ed il collettore avviene nel piano, passante per l'asse di rotazione, perpendicolare alle linee di induzione: il piano in cui, ad ogni giro dell'indotto, il flusso di induzione concatenato con quello dei sedici avvolgimenti che vi transita da una parte è massimo, diventa minimo quando quell'avvolgimento vi transita dalla parte diametralmente opposta, decresce quando passa dalla prima alla seconda posizione e cresce quando vi ritorna. Pertanto la f.e.m. indotta in ciascun avvolgimento si annulla quando attraversa quel piano e poi cambia segno (piano di inversione), mantenendo sempre lo stesso segno quando si trova da una parte e il segno opposto quando si trova dall'altra.
Quindi, in un qualunque istante del funzionamento della macchina come dinamo, le f.e.m. indotte hanno lo stesso verso in tutti gli avvolgimenti, fra loro in serie, che si trovano dalla stessa parte rispetto al piano di inversione e il verso opposto in tutti quelli che si trovano dall'altra parte. Esse hanno valore diverso da un avvolgimento all'altro, ma in avvolgimenti diametralmente opposti hanno lo stesso valore e segno contrario.
Le f.e.m. risultanti dei due gruppi, ciascuno costituito da otto avvolgimenti in serie, risultano collegate in parallelo fra le due spazzole. A vuoto la f.e.m. che agisce sull'indotto chiuso su se stesso è, istante per istante, nulla e nessuna corrente lo attraversa; ma quando ai morsetti della macchina viene collegato un carico, il carico stesso e l'induttore, che risultano in serie fra loro, sono attraversati da una corrente continua che è fornita, in parti uguali, dalle due serie di f.e.m. Le pulegge fissate alle estremità dell'albero motore servono per mettere in rotazione l'indotto, quando la macchina funziona da dinamo, e per mettere in moto altre macchine, quando funziona da motore. Durante il funzionamento della macchina come dinamo, il momento motore esterno che pone in rotazione l'indotto è, istante per istante, equilibrato da un momento antagonista dovuto all'interazione della corrente nell'indotto con il campo magnetico e, in minima parte, alle resistenze passive. Se ad un certo punto l'azione del momento motore venisse a mancare e rimanesse inalterata la corrente, essendo l'eccitazione in serie, anche il campo magnetico rimarrebbe inalterato e la macchina, soggetta alla sola azione del momento elettromagnetico, invertirebbe il senso di rotazione. Quindi se si manda corrente nella macchina, nello stesso verso in cui circola quando funziona da dinamo, essa si mette a funzionare da motore, ruotando però in senso contrario. Ovviamente per far funzionare la macchina di Pacinotti da motore bisogna escludere il sopraeccitatore e, per mantenere l'efficacia della magnetizzazione residua, la corrente deve avere sempre lo stesso valore.


Bibliografia:
R. Brunetti, Rend. Sem. Fac. Sc. Univ. Cagliari, Vol. IV (1936), p. 49
F. Erdas, Rend. Sem. Fac. Sc. Univ. Cagliari, Vol. LXII (1992), p. 21
Fleury-Mathieu (1964), Vol. 6, p. 522.
Jamin (1883), T. IV, 2a parte, 4º.fasc., p. 13
G. Polvani, Antonio Pacinotti - La vita e l'opera, Pisa (1934), pp. 84-87


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