Storia Elettricita Magnetismo

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SULLE ORIGINI DELLA SCIENZA ELETTRICA E MAGNETICA

PARTE 1:DA TALETE A DESCARTES

Roberto Renzetti

PRIMI FENOMENI

Alcuni curiosi e divertenti fenomeni elettrici e magnetici erano noti fin dall'antichit. E' difficile andare a ricavare le prime scoperte in tal senso ma qualcosa si pu dire.

Intanto la stessa parola elettricit di derivazione greca, deriva cio da (1) (leggi: electron) che vuol dire ambra. L'ambra una resina fossile che mostrava particolari propriet: se strofinata con un panno attira a s piccoli corpuscoli posti nelle sue vicinanze.

Fenomeni analoghi erano di particolari minerali ferrosi noti come pietra di Magnesia ( ; leggi: e litos Magnetis, dal nome della citt che si trovava alle falde del monte Sipilo, nell'Asia Minore) che presentavano la propriet di attrarre a s pezzettini di ferro.

E' quindi evidente che da ambra e Magnesia discendono i nomi di due branche della fisica che per iniziare ad essere minimamente comprese richiederanno centinaia e centinaia di anni.

Sembra che, nel VI secolo prima di Cristo, sia stato Talete di Mileto (e Mileto era citt, anch'essa, dell'Asia Minore al centro di imponenti traffici, anche culturali, tra l'Oriente, l'Egitto e la Grecia) il primo ad occuparsi di elettricit. Egli riteneva che il magnete fosse vivo perch in grado di far muovere le cose e che avesse un'anima.

Questi primi fenomeni osservati dovettero attendere, a quanto se ne sa, circa 1900 anni prima che si potesse realizzare una qualche applicazione pratica (le possibili prime

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teorie dei fenomeni elettrici e magnetici avrebbero invece richiesto all'incirca 2400 anni).

LA BUSSOLA

Le notizie che riporto sono in gran parte incerte, vaghe ed a volte contraddittorie, come sempre quando non si dispone di documenti. Fornisco quindi solo alcuni cenni per seguire alcune tracce della storia della vicenda.

Una delle propriet che venne scoperta (?) era quella per cui i magneti di forma allungata, barrette o aghi magnetici, se sistemati in condizioni di orientarsi liberamente su di un piano orizzontale si disponevano spontaneamente dirigendo sempre una delle due estremit (per questo chiamata nord dell'ago) verso il nord geografico mentre laltra risultava diretta verso il sud geografico (sud dellago).

Tale propriet risulta sia stata sfruttata in Cina intorno al IV secolo d. C. con la realizzazione di bussole (dal greco pi che in latino diventa buxis e che, nelle due lingue, vuol dire "scatola di legno di bosso") per orientarsi nella navigazione (fatto che permetteva il superamento del bordeggiare per inoltrarsi in mare aperto anche in condizioni di non visibilit del cielo ma SOLO con mare calmo). Esse erano in genere costituite da un recipiente contenente acqua, sulla quale galleggiava un piccolo oggettino di legno (una canna cava), spesso forgiato artisticamente con la forma di un drago, di un pesce, ..., vincolato a ruotare liberamente intorno allasse verticale centrale del recipiente. All'interno di tale oggetto era disposto un ago magnetico che, orientandosi come accennato, orientava anche l'oggetto, che quindi si disponeva indicando la direzione del nord.

Tale scoperta sembra sia arrivata in Europa, con l'intermediazione araba, tra l'XI ed il XII secolo (occorre per osservare che furono ancora gli stessi arabi a trasferire la bussola europea, da poter usare anche con mare mosso, in Oriente e probabilmente nella stessa Cina)(2). Sull'introduzione della bussola in Europa vi molta leggenda che occorre ridimensionare ad evitare errori clamorosi. Fu probabilmente nel XVI secolo che tali leggende si affermarono(3) a seguito dell'errata interpretazione di un testo, scritto nel 1543 da Flavio Biondo, storico di Positano, vicino ad Amalfi, secondo il quale sembrava che marinai amalfitani fossero stati i primi a usare e anche a perfezionare la bussola dei Cinesi. La tradizione popolare, con una strana deformazione del nome, attribu a questo Flavio l'invenzione della bussola.

Una prima notizia certa, e non in ordine cronologico, che due commentatori della Divina Commedia del XIV secolo, Francesco da Buti e Giovanni da Ferravalle, spiegavano il verso 29 del canto XII del Paradiso in tal modo:

"Hanno li naviganti uno bussolo che in mezzo imperniato una rotella di carta leggera, la quale gira su detto perno; e la detta rotella ha molte punte, et ad una di quelle che vi dipinta una stella, fitta una punta d'ago; la quale punta li naviganti quando vogliono vedere dove sia la tramontana, imbriacano con la calamita"

E' la prima descrizione nota di una bussola che si avvicina a quella moderna ed in uso in Italia: l'ago magnetico, imperniato al centro della scatola che lo contiene, gira solidale con la rosa dei venti (la sospensione cardanica, che permette che l'ago mantenga sempre il medesimo piano di rotazione, qualunque sia l'oscillazione della nave, sar introdotta nel XVI secolo)(4).


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Altre notizie certe sulluso della bussola magnetica, nei mari del Nord Europa allinizio del XII secolo, provengono da Alexander Neckam (1157-1217), un monaco inglese che scrisse varie opere tra cui il De naturis rerum ed il De utensilibus in cui si parla anche della bussola magnetica(5).

Lo scienziato francese Pierre de Maricourt (mago ed alchimista nato in Picardie, Francia settentrionale, ammirato da Ruggero Bacone e sceso in Italia con Carlo D'Angi), pi noto con la sua denominazione latina di Petrus Peregrinus (presumibilmente per essersi recato in pellegrinaggio a Roma), nel 1269 scrisse Epistula ad Sygerum de Foucaucourt militem, de magnete, un compendio di quello che allora si sapeva sul magnetismo in generale e sul magnetismo terrestre in particolare, che, nellinevitabile forma manoscritta, ebbe subito larga diffusione tra gli scienziati (fu passato a stampa soltanto nel 1558). Nella sua opera viene descritta una bussola ad ago imperniato con le seguenti parole:

In questo capitolo ti discoprir la costruzione di una ruota che si muove costantemente in modo meraviglioso... Se vuoi costruire una simile ruota, prendi una coppa d'argento, come quella degli specchi concavi, che sia dotata nell'interno di incisioni e trafori, non solo per motivi di bellezza, ma anche allo scopo di diminuirne il peso; poich quanto pi essa leggera, tanto pi rapidamente pu esser posta in movimento. Devi per ben badare che l'occhio dell'inesperto non si accorga di quanto in essa abilmente predisposto. All'interno della coppa devono essere fissate delle liste di ferro e dei denti di ugual peso, che siano posti in direzione obliqua sull'orlo della coppa, uno dopo l'altro, in modo che la loro distanza non sia maggiore dello spessore di un fagiuolo o di un pisello. La ruota stessa deve avere ugual peso in ogni sua parte. Fissa il centro dell'asse, attorno al quale gira la ruota, in modo che esso resti immobile. Disponi sull'asse un'asta d'argento, alla cui estremit sia fissata, tra due capsule, una pietra magnetica, che deve essere stata preparata nel modo seguente. Quando essa sia stata arrotondata e si siano individuati i suoi poli, come indicato prima, le si deve dar forma d'uovo. Mentre i poli vengono lasciati come sono, si limiti la parte compresa fra di essi, cosicch venga ridotta ed occupi meno posto. In tal modo essa non toccher le pareti delle capsule, quando la ruota gira. Quando ci sia fatto, fissa la pietra sull'asta metallica, cosi come si incastona una pietra preziosa. Si diriga il polo nord verso le liste e i denti della ruota, ma leggermente inclinato, in modo che la forza della pietra non agisca direttamente, ma sotto un certo angolo sui denti di ferro. A seguito di ci un dente che si avvicini al polo nord e, in virt del moto della ruota, lo superi, viene ad avvicinarsi al polo sud, dal quale esso ora pi respinto che non attratto, come manifestamente avviene secondo la legge che ho esposto nel precedente capitolo. Un tale dente viene quindi di continuo attratto e respinto. Al fine che pi velocemente compia la ruota il suo lavoro, si ponga nella coppa un piccolo peso rotondo di bronzo o argento, di grandezza tale da poter essere facilmente nascosto fra ogni coppia di denti. Quando ora la ruota sale, il piccolo peso cade dalla parte opposta. Poi che per il moto della ruota sempre di salita per l'una delle due parti, parimenti incessante il cadere del piccolo peso fra due denti qualsiasi, poich esso tende per il suo peso al centro della terra. Con ci esso appoggia il moto dei denti ed impedisce che questi si fermino quando vengono a cadere esattamente davanti alla pietra magnetica. Fa' di larghezza opportuna lo spazio fra i denti, cos che il piccolo peso resti nascosto durante la caduta, come illustrato dal disegno.


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Addio ! Terminato nel campo dell'assedio di Lucera(6) l'8 agosto anno Domini 1269 .

pietro da maricourt

Ma Pierre de Maricourt, le cui opere sono andate quasi completamente perdute, fece anche importanti studi sul magnetismo: le attrazioni e repulsioni tra poli magnetici, il magnetismo indotto mantenendo un magnete naturale vicino ad un pezzo di ferro, la riproduzione dei magneti allo spezzarli successivamente (se si dispone di una barra magnetica e la si spezza, i due pezzi diventano due magneti indipendenti; continuando a spezzare i magneti si ottengono sempre dei magneti "autonomi", fatto che mostra che i due poli magnetici risultano inseparabili), come realizzare un buon magnete.


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Frontespizio del De Magnete di Pierre de Maricourt, passato a stampa

Una importante scoperta di Pierre de Maricourt la seguente. Si lavori un pezzo di magnetite (il minerale di ferro che ha le propriet magnetiche naturali) in modo da dargli la forma di un globo. Si disponga poi un ago magnetico su questo globo e si marchi con una linea la sua posizione. Si prosegua sistemando l'ago in posizioni diverse sull'intero globo. Si scopre che le linee segnate sulla magnetite sono dei cerchi che circondano il minerale allo stesso modo dei meridiani sul globo terrestre, cerchi che hanno due punti da parti opposte in cui tutti i cerchi si incontrano allo stesso modo che i punti di incontro dei meridiani sulla Terra indicano il polo Nord ed il Polo Sud della Terra medesima. Colpito da tale analogia, Pierre de Maricourt propose di chiamare i due punti sulla magnetite, individuati come riassunto, poli del magnete. Tali poli godevano di particolari propriet poich l'interazione di due magneti dipende solo dalla posizione dei rispettivi poli come se in essi risiedesse l'intera potenza dei magneti. La scoperta dei poli alla base degli sviluppi successivi di diverse teorie: essi per moltissimi anni hanno giocato un grande ruolo nella filosofia della natura.

Risalgono a questa epoca le prime teorie sul funzionamento della bussola. Una delle pi diffuse partiva dalla constatazione sperimentale che un ago magnetico deviava verso una vicina massa ferrosa e giungeva a spiegare il funzionamento della bussola come dovuto alla presenza di grandi masse di rocce ferrose (si parlava di montagne di ferro) nella zona del polo nord geografico: una supposizione che ben saccordava con la nota esistenza di ricche miniere di ferro nella penisola scandinava, allestremo nord dellEuropa. Fu Ruggero Bacone che confut una parte di tale teoria: dall'osservazione che l'ago magnetico punta a Nord ma anche verso il basso, la supposta grande massa ferrosa che attirava lago si sarebbe trovata in una imprecisabile regione delle profondit terrestri, sia pure verso il nord, e non in


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montagne scandinave. Ma vi erano altri teorie che volevano l'intera Terra come se fosse, essa stessa, un gigantesco magnete. Non mi occuper della cosa, osservando solo che la circostanza di una Terra "magnetica" fu falsificata da Pierre Curie che mostr che tutti i magneti perdono le loro propriet magnetiche al di sopra di una temperatura di circa 760 C (temperatura di Curie) che abbondantemente superata immediatamente sotto la crosta terrestre.(7)

IL PRIMO TRATTATO ITALIANO DI MAGNETISMO

Durante il periodo rinascimentale, la magia la faceva da padrona, ed un praticante ed appassionato di ogni fenomeno arcano era il napoletano Giovan Battista DellaPorta. Il magnetismo si prestava in modo eccellente ad

G.B. Della Porta

interpretazioni magiche. E Della Porta and proprio sulla strada dell'immaginazione, della fantasia, della demonologia, della chiromanzia, dell'astrologia, della magia per discutere di quei fatti straordinari. Al di l dei singoli temi di cui si detto, importante ricordare che nelle sue opere Della Porta esalta la magia naturale, considerandola una scienza suprema, il complemento e la parte pratica della filosofia della natura. Il suo compito consiste infatti nel far conoscere le forze occulte del mondo naturale, e nell'insegnare, per mezzo della loro applicazione, a compiere quelle opere che i profani ritengono prodigiose, ma che invece sono soltanto il mezzo attraverso cui l'uomo aiuta il compimento dei processi della natura. Secondo Della Porta, non bisogna confondere la magia naturale con quella "diabolica", basata su incantesimi ed evocatrice di fantasmi e demoni. Per ci che ci interessa egli scrisse un libro (al quale collabor Paolo Sarpi) in quattro tomi e venti libri, Magia naturalis sive de miraculis rerum naturalium (1558). Il settimo libro di quest'opera il primo trattato italiano di magnetismo o scienza magnetica, che una mera compilazione di fatti noti con delle integrazioni originali e d'interesse. Tra di esse va ricordata la descrizione che Della Porta diede delle "barbe" che la limatura di ferro costruisce sui poli dei magneti e dei primi spettri magnetici che si originano quando si dispone della limatura di ferro su di un foglio di carta disposto immediatamente al di sopra di


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un magnete. Di interesse anche la scoperta della smagnetizzazione che una lastra di ferro subisce se scaldata (la cosa fu studiata e compresa da Pierre Curie sul finire dell'Ottocento, come ho gi accennato) e quella di una lastra di ferro che agisce come uno schermo magnetico.

Per completezza occorre dire che l'ultimo capitolo della Magia, il 59, pieno delle maggiori sciocchezze tramandate nei secoli sui poteri magici della calamita.

LA PRIMA OPERA ORGANICA SUL MAGNETISMO: WILLIAM GILBERT

Nell'anno 1600 vide la luce a Londra l'opera De magnete magneticisque corporibus et de magno magnete Tellure Physiologia Nova del filosofo naturale inglese William Gilbert (1544-1603), contemporaneo di Giordano Bruno e di circa vent'anni pi vecchio di Galileo (1564-1642) e di Francis Bacon (1561-1626). Gilbert era un copernicano a met, ammetteva cio la rotazione della Terra su se stessa ma, per il resto, non si esprimeva. E' uno di quei rappresentanti dell'epoca di transizione, uno di quelli che si fa interprete del mondo della manifattura, delle tecniche che si fanno scienza e che ne racconta in modo non strettamente tecnico e per addetti ai lavori (come nei manuali che si erano succeduti dal Quattrocento), ad un pubblico pi vasto. Vi dietro la conoscenza di tutti i marchingegni che si venivano perfezionando per l'arte della navigazione ma anche le problematiche che nascevano dall'industria dell'estrazione mineraria dei metalli e della loro lavorazione in fonderie. E in Bacon sembra si possa intravedere una certa influenza di Gilbert (culto dell'esperienza pratica, entusiasmo per la ricerca, stile energico e franco, nemico della cultura accademica ufficiale, scarso interesse per la matematica) anche perch vi fu una comune frequentazione (Bruno, Bacon, Gilbert) della corte di Elisabetta a vario titolo (ma Bacon non apprezzava le intemperanze di Gilbert).

La sua disposizione d'animo emerge nella prefazione del De magnete:

Perch mai io dovrei sottomettere questa nobile filosofia, che per le cose mai dette prima nuova e quasi inammissibile, al giudizio di uomini che giurano sulle altrui opinioni, agli insulsi corruttori delle arti, ai letterati buffoni, a grammatici, sofisti e declamatori, e alla caparbia plebe, affinch essi la condannino e la colpiscano dei loro vituperi? A voi soli, veri filosofi, uomini sinceri, che cercate il sapere non nei libri soltanto, ma nelle cose stesse, io dedico questi fondamenti della scienza del magnetismo, trattati secondo un nuovo modo di filosofare .

E qui si sentono addirittura gli influssi di Bruno nell'attacco alla cultura libresca, ampollosa e vuota degli ambienti accademici, cristianamente formati e aristotelicamente conservati, ambienti presenti, a quanto pare, in tutta l'Europa colta. Ma l'influenza del filosofo nolano ancora pi profonda se si legge l'intero corpo delle opere di Gilbert. Valga un solo esempio, riguardante il valore relativo da assegnare alla gravit.

Bruno, nella Cena delle Ceneri (Londra 1584 ) aveva sostenuto:

Sappi che n la terra, n altro corpo assolutamente grave o lieve... Queste differenze... convengono a le parti che son divise dal tutto e ... si forzano verso il loco della conservazione come il ferro verso la calamit, il quale va a ritrovarla


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non determinatamente al basso, o sopra, o a destra, ma ovunque sia ... Perci cosa assurda il chiamar corpo alcuno naturalmente grave, o lieve.

Gilbert scrive nella sua De mundo nostro sublunari Philosophia Nova (pubblicata postuma nel 1651) quanto segue:

Non il luogo che agisce o opera nella natura delle cose, giacch esso in s non n un essere, n una causa efficiente. Sono piuttosto i corpi che, in virt delle forze ad essi insite, determinano la loro posizione reciproca. Il luogo in s non niente: non esiste, e non esercita forza alcuna; ogni forza di natura , invece, contenuta e radicata negli stessi corpi.

William Gilbert

E fu proprio la capacit di assumere posizioni tanto coraggiose, che possono nascere nel clima pi tollerante dell'Inghilterra elisabettiana rispetto alle corti papali, a permettere a Gilbert di comprendere in una sola chiave interpretativa i minuscoli effetti attrattivi dell'ambra strofinata, quelli di un magnete e quelli giganteschi della gravitazione. Oggi si direbbe che la sua una teoria unificata dei fenomeni elettrici, magnetici e gravitazionali in campi di forza veicolati da un materiale fluido sottile disposto intorno ai corpi in tanti strati concentrici a densit decrescente.

Per poter sostenere queste cose, Gilbert si serv di una gran mole di esperienze (circa 600), guidandosi con le analogie (per ci che riguarda tutti i fenomeni d'attrazione) che in epoca rinascimentale ebbero grande fortuna(8). L'idea guida era quella che la Terra, nel suo insieme, si comporta come un gigantesco magnete e, per poter sperimentare, si fabbrica un magnete a forma di globo, che egli chiama terrella, come aveva fatto de Maricourt. Agendo con un ago magnetico sulla terrella, si accorge che le propriet magnetiche di tale oggetto sono le stesse della gran calamita, la Terra. Al di l della eccellente scoperta e dell'ardire di proporla, come osservano Gliozzi e Forti, vi una sorta di grande balzo in avanti nel modo di conoscere nelle operazioni di Gilbert. Si spezza il mito della separazione aristotelica dei mondi (mondo sublunare e cieli) mostrando che si possono sperimentare sulla Terra fenomeni cosmici e, fatto rivoluzionario, che le leggi trovate qui valgono l, anche se l, la gran parte degli eruditi lo affidava alla sola rivelazione. Le cose sono ancora empiriche e l'osservazione ingenua. Le esperienze sono qualitative non vi compare mai n la misura, n la matematica, n qualcosa della scienza che avanzava con impeto, la meccanica.


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Per il resto Gilbert riscrive in forma pi accurata i fenomeni magnetici noti come quello del magnete spezzato e ne trova di nuovi: martellando un filo di ferro

Esperienza del magnete spezzato. Illustrazione dal De magnete.

e disponendolo lungo un meridiano magnetico, esso acquista polarit magnetiche; si possono migliorare le "potenze" delle calamite con opportuna lavorazione dei poli (la cosa sar portata al suo massimo dall'introduzione dell'ncora fatta da Galileo). E fin qui per ci che riguarda il magnetismo, e non poco ... salvo la conclusione profondamente deludente. Quando si tratta di dare una spiegazione

Una figura che correda il De magnete.

del fenomeno, dopo discussioni incomprensibili, Gilbert ritorna alle posizioni di Talete: i magneti hanno un'anima! e quest'anima ha addirittura propriet superiori all'anima umana poich non ha la ventura di essere fuorviata dai sensi agendo costantemente allo stesso modo.


Come accennato, nel De Magnete viene anche ripresa l'indagine sulle propriet dell'ambra che avevamo lasciato 2200 anni prima. E fu proprio Gilbert a parlare per primo di


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forza elettrica (vis electrica) in relazione ai fenomeni in oggetto (furono poi Thomas Browne nel suo Pseudoxia epidemica del 1646 e quindi Boyle a introdurre il sostantivo electricitas nel 1694). Per sperimentare con deboli fenomeni, appunto, elettrici egli si serv di una specie di elettroscopio (chiamato versorium non magneticum) costituito da un sottilissimo e leggerissimo

Girolamo Fracastoro

ago girevole sopra un sostegno a punta, descritto da Fracastoro (1483-1553) nella sua opera De sympathia et antipathia rerum del 1550:

Affinch tu possa chiaramente esperimentare come avvenga tale attrazione e quali siano le sostanze che attraggono in tal modo altri corpi, costruisciti un aghetto di metallo qualsiasi, abbastanza leggero, della lunghezza di tre o quattro dita, imperniato come un ago magnetico, sulla punta [di un sostegno]. Il versorio girer immediatamente su s stesso, se ad una sua estremit avvicinerai lambra, o una pietruzza, leggermente strofinata.

Una bacchetta avvicinata ad un versorio per cercarne effetti elettrici. Se la bacchetta elettrizzata l'ago ruoter.


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Come fa notare lo stesso Gilbert, con questo strumento possibile mettere in evidenza lattrazione anche per quei corpi, nei quali la virt elettrica cosi debole da non essere in grado di sollevare anche leggerissime pagliuzze. Scopr cos che non solo l'ambra gode di propriet elettriche a seguito di strofinio (triboelettricit) ma anche molte altre sostanze (pietre preziose, salgemma, allume di rocca, vetro, zolfo. varie resine). Non conoscendo ancora nulla delle propriet di conduzione ed isolamento, gli sembrarono del tutto indifferenti ai fenomeni elettrici sia i metalli che i legni ed alcune pietre. Altre cose di rilievo da assegnare ai lavori di Gilbert sono: l'affermazione che i magneti si respingono quando si avvicinano poli identici e si attraggono avvicinando poli opposti e la scoperta che una sbarra di ferro dolce si magnetizza se si dispone nelle vicinanze di un magnete.


Una osservazione di interesse viene fatta da Gilbert: i corpi umidi non si elettrizzano mentre un magnete umido continua ad esercitare i suoi poteri.

Anche la Terra per Gilbert un oggetto elettrizzabile e, di conseguenza manifesta attrazione rispetto agli altri oggetti. Ma la Terra anche un magnete e perci mantiene il suo asse con orientazione costante rispetto alla sfera celeste. La rotazione della Terra intorno al suo asse poi dovuta ad una azione congiunta di raggi solari e magnetismo. La stessa compattezza della Terra dovuta al suo magnetismo anche se, in modo che a questo punto stupisce, l'origine della cosa elettrica. Insomma, in modo certamente confuso, Gilbert tenta di mettere insieme in modo unitario elettricit e magnetismo che in qualche modo sono


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responsabili della gravitazione e del moto della Terra sul suo asse.

E' d'interesse accennare anche alla teoria di elettricit e magnetismo che Gilbert sviluppa. Tutti i corpi deriverebbero da due elementi primi, l'acqua e la terra. Gli elementi derivanti dall'acqua hanno propriet attrattive che discendono da effluvii che come delle braccia distese si protendono dall'acqua ed afferrano il corpo e lo attirano, finch la potenza dell'azione non si illanguidisce fino a sparire. La cosa specificata meglio nel seguito. Quando l'ambra attrae delle pagliuzze l'azione univoca, solo l'ambra che agisce. Nel caso di un magnete ed un pezzo di ferro si ha invece un avvicinarsi reciproco dei due oggetti (una coitio, come la chima Gilbert) ed il magnete sembra creare delle modificazioni nel ferro nelle sue parti pi interne di modo che anche il ferro acquista la forza per avvicinarsi al magnete.

La spiegazione, la teoria che Gilbert ne ricava analoga a quella di molti filosofi naturali del Rinascimento. Vi uno slancio innovatore di grandissimo spessore ma, nel contempo, vi una sorta di palude in cui si impantanati. La mancanza di strumenti accessori ai meri fatti in studio, chiude il tutto in spirali che non escono da spiegazioni che non spiegano. Come ricorda Dijksterhuis, la spiegazione di Gilbert:

Non si deve minimamente pensare [analoga] alla causa formalis della filosofia aristotelica o a concetti come quelli di simpatia, influenza celeste, o qualit occulta. Quando il ferro e la calamita aspirano a unirsi, questa non un'inclinazione violenta di un corpo verso un altro, n una confluenza accidentale e furiosa, n il risultato di una coercizione, di una lotta, o di una discordia, ma una manifestazione dell'armonia senza la quale il mondo andrebbe in disfacimento, un risultato dell'essenziale identit delle parti col tutto. Quest'accumulazione di descrizioni inefficaci tipica della situazione imbarazzante a cui si riduceva un fisico del Cinquecento o del Seicento, se aveva gi abbandonato i princpi esplicativi della scienza aristotelica, ma sentiva ancora quel desiderio di una spiegazione che era stato soddisfatto da tali princpi nel Medioevo. Una diffusa concezione scolastica dell'attrazione magnetica era stata quella secondo cui la calamita, in virt di una species magnetica che si diffonde sfericamente, risveglia nel ferro una qualit in virt della quale quest'ultimo tende a unirsi alla calamita, e questa tendenza produce per accidens un moto locale. In un tempo in cui non si sentisse pi parlare di Aristotele, una spiegazione del genere sarebbe stata considerata come un puro giuoco verbale (come effettivamente ); ma la spiegazione che la sostituiva non era molto migliore, n avrebbe potuto esserlo, giacch mirava allo stesso obiettivo irraggiungibile, ossia la conoscenza della natura nascosta delle cose.

Si pu facilmente osservare che siamo in completo alto mare: i ragionamenti di tipo aristotelico, infarciti di misticismo, di animismo e di magia sono padroni del campo. Senza una separazione tra queste interpretazione ed i fatti sperimentali sostenuti da misure, non sar possibile fare passi in avanti, anche se l'ambiente va rapidamente maturando. Non bastava la negazione delle spiegazione attraverso l'autorit dei classici, nella fattispecie Aristotele. Occorreva un cambiamento radicale che doveva prevedere, tra l'altro, l'intersezione di Platone con Aristotele, dei metodi matematici applicati ai fenomeni naturali. Il mero empirismo con spiegazioni nominaliste era arrivato al suo limite, non si poteva andare oltre, ogni ulteriore operazione con i medesimi strumenti non avrebbe fatto che ripetere stancamente l'osservazione di quanto ormai era ben noto.

GALILEO GALILEI


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Galileo ammira Gilbert per la rottura con gli schemi aristotelici dell'introduzione al De Magnete, ed i suoi interessi per i problemi connessi al magnetismo sono concomitanti alla pubblicazione, nel 1600, del De Magnete di William Gilbert che esercit subito una grande influenza. Ma il metodo di Gilbert, il suo rifiuto della matematica non lo convincono ed ha cos modo di dire(9):

"quello che avrei desiderato nel Gilberti, che fosse stato un poco maggior matematico".

In un'epoca di dotte ed inconcludenti disquisizioni si richiede qualcosa di pi preciso di una teoria alla Gilbert. Quest'ultimo certamente ha dei fatti (o, meglio, della analogie) da portare a testimonio, ma nessuna teoria matematica, nessun dato quantitativo (oltre ad una mole smisurata di fatti straordinari, magici e fantastici non riferibili a nessun dato dell'esperienza comune). E qui,credo, esca bene il criterio di scientificit per una teoria fisica che Galileo fornisce: l'osservazione di fatti senza un apparato formale, quantitativo, che li sostenga non pu di per s costituire una teoria fisica. Keplero, nell'Astronomia nova, fond sul magnetismo la spiegazione fisica dei moti planetari. Per Keplero il Sole era un corpo magnetico e il moto dei pianeti derivava dall'azione del vortice magnetico prodotto dal moto di rotazione del Sole. E perch, allora, Kepler aderisce alla teoria di Gilbert? Ecco, appunto, qui pu trovarsi una prima parziale risposta al perch Galileo si rifiut di prendere in considerazione alcuni risultati di Kepler (ad esempio le orbite ellittiche, ma, pi in particolare, la spiegazione delle maree attraverso l'azione della Luna, una prima 'azione a distanza' che assumeva agli occhi di Galileo un carattere metafisico riferibile a qualit occulte). Tutta l'elaborazione kepleriana imbevuta di un tal misticismo che sembra impossibile riuscirne a distinguere il contributo positivo al pensiero scientifico. La metafisica dei solidi regolari incastonati l'uno dentro l'altro, la melodia che i pianeti van suonando (la Terra, ad esempio, suona le note mi, fa, mi, cosicch, osserva Kepler, non possiamo stupirci se su questo pianeta regnino la MIseria, la FAme e la MIseria),... tutt'altra cosa rispetto alla razionale, metodica ed a volte dubbiosa discussione delle cose della natura che si pu leggere in Galileo. E neanche a dire che l'adesione di Kepler alla teoria di Gilbert avesse un qualche fine all'interno del suo lavoro : essa risultava un mero accessorio.

Galileo Galilei

Tuttavia, Galileo comp esperienze sugli aghi calamitati, sulla declinazione magnetica e sull'armatura delle calamite, sia durante il periodo padovano (insieme a Paolo Sarpi e a


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Giovanfrancesco Sagredo), sia dopo il ritorno in Toscana. Testimoniano l'interesse di Galileo per i fenomeni magnetici, le pagine che egli vi dedica nella giornata III del Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo. Alla gran ripugnanza che afferma Simplicio avere nell'ammettere i vari moti della Terra, il Salviati-Galileo argomenta diffusamente, affermando tra l'altro:

SALV. [...] ma che dir il Sig. Simplicio se [...] aggiungeremo una mirabile virt intrinseca del globo terrestre, di riguardar con sue determinate parti verso determinate parti del firmamento ? parlo della virt magnetica participata costantissimamente da qualsivoglia pezzo di calamita. E se ogni minima particella di tal pietra ha in s tal virt, chi vorr dubitare, la medesima pi altamente risedere in tutto questo globo terreno, abbondante di tal materia, e che forse egli stesso, quanto alla sua interna e primaria sustanza, altro non che un' immensa mole di calamit ? SIMP. Adunque voi sete di quelli che aderiscono alla magnetica filosofia di Guglielmo Gilberto ? SALV. Sono per certo, e credo d'aver per compagni tutti quelli che attentamente avranno letto il suo libro e riscontrate le sue esperienze; n sarei fuor di speranza che quello che intervenuto a me in questo caso, potesse accadere a voi ancora, tuttavolta che una curiosit simile alla mia ed un conoscere che infinite cose restano in natura incognite a gl' intelletti umani, con liberarvi dalla schiavitudine di questo o di quel particolare scrittore delle cose naturali, allentasse il freno al vostro discorso e rammorbidisse la contumacia e renitenza del vostro senso, si che ei non negasse tal ora di dare orecchio a voci non pi sentite. Ma (siami permesso d' usar questo termine) la pusillanimit de gl' ingegni comuni giunta a segno, che non solamente alla cieca fanno dono, anzi tributo, del proprio assenso a tutto quello che trovano scritto da quelli autori che nella prima infanzia de' loro studii gli furono accreditati da i lor precettori, ma recusano di ascoltare, non che di esaminare, qual si sia nuova proposizione o problema, bench non solamente non sia stato confutato, ma n pure esaminato n considerato, da i loro autori: de' quali uno questo, di investigare qual sia la vera, propria, primaria, interna e general materia e sustanza di questo nostro globo terrestre; che, bench n ad Aristotile n ad altri, prima che al Gilberto, sia caduto in mente di pensare se possa esser calamita, non che n Aristotile n altri abbiano confutata una tale opinione, tuttavia mi son io incontrato in molti che al primo motto di questo, quasi cavallo che adombri, si sono ritirati in dietro e sfuggito di trattarne, spacciando un tal concetto per una vana chimera, anzi per una solenne pazzia: e forse il libro del Gilberto non mi sarebbe venuto nelle mani, se un filosofo peripatetico di gran nome, credo per assicurar la sua libreria dal contagio, non me n' avesse fatto dono.

Ritroviamo qui, pi argomentata, l'invettiva contro il conformismo, la piattezza, l'inerzia, la consuetudine e la piaggeria degli intelletti che usano adeguarsi a qualcuno che ha sostenuto tale cosa, invettiva che era stata di Gilbert nella prefazione al De magnete. L'ultima frase che vuole un filosofo aristotelico "di gran nome" che si disf del libro di Gilbert perch poteva contaminare la biblioteca tutto un programma. E Salviati prosegue ad illustrare la filosofia magnetica del Gilberti, dilungandosi in una conversazione con Simplicio(10) della quale merita distaccare un brano. Intanto Galileo mostra qui ancora una volta di non essere disponibile a speculazioni nuove senza disporre di studi specifici. Egli dice infatti che

Delle ragioni che concludentemente provino, de facto, questo nostro globo esser di calamita, io non ve ne ho prodotte nessuna, n questo tempo di produrle, e massimo che con vostra comodit le potrete vedere nel Gilberto


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ed aggiunge:

SALV. Io sommamente laudo ammiro ed invidio questo autore, per essergli caduto in mente concetto tanto stupendo circa a cosa maneggiata da infiniti ingegni sublimi, n da alcuno avvertita; parmi anco degno di grandissima laude per le molte nuove e vere osservazioni fatte da lui, in vergogna di tanti autori mendaci e vani, che scrivono non sol quel che sanno, ma tutto quello che senton dire dal vulgo sciocco, senza cercare di assicurarsene con esperienza, forse per non diminuire i lor libri: quello che avrei desiderato nel Gilberti, che fusse stato un poco maggior matematico, ed in particolare ben fondato nella geometria, la pratica della quale 1' avrebbe reso men risoluto nell' accettare per concludenti dimostrazioni quelle ragioni ch' ei produce per vere cause delle vere conclusioni da s osservate; le quali ragioni (liberamente parlando) non annodano e stringono con quella forza che indubitabilmente debbon fare quelle che di conclusioni naturali, necessarie ed eterne, si possono addurre: e io non dubito che co '1 progresso del tempo si abbia a perfezionar questa nuova scienza, con altre nuove osservazioni, e pi con vere e necessarie dimostrazioni. N per ci deve diminuirsi la gloria del primo osservatore.

Galileo continua ad illustrare altre propriet magnetiche e fenomeni sostenendo, tra l'altro, che:

SALV. Nell'investigar le ragioni delle conclusioni a noi ignote, bisogna aver ventura d'indirizzar da principio il discorso verso la strada del vero; per la quale quando altri si incammina, agevolmente accade che s'incontrino altre ed altre proposizioni conosciute per vere, o per discorsi o per esperienze, dalla certezza delle quali la verit della nostra acquisti forza ed evidenza, come appunto accaduto a me del presente problema

Alle argomentazioni di Galileo, Simplicio risponde:

SIMP. Parmi veramente che il Sig. Salviati con bel circuito di parole abbia s chiaramente spiegata la causa di quest' effetto, che qualsivoglia mediocre ingegno, ancorch non scienziato, ne potrebbe restar capace: ma noi, contenendoci dentro a' termini dell' arte, riduchiamo la causa di questi e simili altri effetti naturali alla simpatia, che certa convenienza e scambievole appetito che nasce tra le cose che sono tra di loro simiglianti di qualit; s come, all'incontro, quell'odio e inimicizia per la quale altre cose naturalmente si fuggono e si hanno in orrore, noi addimandiamo antipatia.

E qui interviene Sagredo con pesante ironia, dopo aver ascoltato parole come simpatia ed antipatia che sono bandite dal vocabolario scientifico di Salviati-Galileo:

SAGR. E cos con questi due nomi si vengono a render ragioni di un numero grande di accidenti ed effetti, che noi veggiamo, non senza maraviglia, prodursi in natura. Ma questo modo di filosofare mi par che abbia gran simpatia con certa maniera di dipignere che aveva un amico mio, il quale sopra la tela scriveva con gesso : Qui vo-glio che sia il fonte, con Diana e sue ninfe; qua, alcuni levrieri: in questo canto voglio che sia un cacciatore, con testa di cervio; il resto, campagna, bosco e collinette; il rimanente poi lasciava con colori figurare al pittore: e cos si persuadeva d' avere egli stesso dipinto so il caso d'Atteone, non ci avendo messo di suo altro


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che i nomi.

A parte altre piccole cose, che non investiga, e ad altre di chiaro sapore tecnico (quanto riesce a sollevare un magnete e come realizzare un magnete che abbia maggiore potenza), Galileo termina qui. Ma il fatto che egli avesse una grande fama rese le questioni poste da Gilbert al centro delle future ricerche con il suo metodo di sensate esperienze e dimostrazioni supportate da matematica e geometria.

REN DESCARTES

Sar Descartes che, in nome del razionalismo, riporter le cose in un ambito puramente descrittivo, addirittura rifacendosi ai 4 elementi di Aristotele.

Ren Descartes

Ma prima utile ripassare brevissimamente la concezione del mondo di Descartes.

La concezione cartesiana del mondo cerca di dare una ragione pi compiuta al sistema copernicano per inserirlo in una visione pi generale di cui esso stesso risultasse conseguenza. Egli cominci con il considerare un solo corpuscolo infinitesimo nel vuoto e quindi come il moto di questo primitivo corpuscolo fosse modificato da un secondo corpuscolo (nel far questo Descartes introduce la conservazione della quantit di moto, in forma non del tutto corretta poich al pensatore francese mancava il concetto di massa, ed il principio d'inerzia, ricavato per da ragioni metafisiche; "Dio immutabile e, agendo sempre allo stesso modo, produce sempre lo stesso effetto"). In modo induttivo Descartes aggiunse via via altri corpuscoli che si urtavano indefinitamente tra loro. Egli riteneva che le variazioni sensibili del nostro universo fossero originate proprio da questi urti innumerevoli; sono proprio gli scambi di quantit di moto che rendono conto delle diverse azioni meccaniche tra i corpi. Conseguenza di ci 1'impossibilit di azione a distanza: ogni azione di un corpo su di un altro avviene per contatto. Nel nostro universo quindi impossibile l'esistenza di vuoto (e quindi di atomi). Nell'universo cartesiano c' il tutto pieno eternamente in moto: un primo corpuscolo ne spinge un secondo che, a sua volta, ne spinge un terzo e cosi via finch l'ultimo corpuscolo spinto va a spingere il primo che avevamo preso in considerazione. Ne consegue una struttura a vortici che alla base dell'intero universo. Ed anche laddove non vi materia


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sensibile vi 1'etere, elemento sottile che riempie di s tutto lo spazio risultando intimamente mescolato con tutte le sostanze. proprio un gigantesco vertice di etere quello che pone in circolazione i pianeti intorno al Sole.

I vortici di Descartes. Quello che al centro ha una S il sistema solare. La linea che s'intrufola tra i vortici la traiettoria di una cometa (da: Il mondo. L'uomo)

I motivi che portarono Descartes a teorizzare un tutto pieno erano molteplici, di natura filosofica e tali da coinvolgere la sua concezione di materia e spazio. Il vuoto inammissibile principalmente perch sarebbe una contraddizione completa, un nulla esistente. Lo spazio per conseguenza non pu essere un'entit distinta dalla materia che lo riempie. Spazio e materia non sono altro che la medesima cosa.

E veniamo alla concezione magnetica di Descartes. Riporto alcuni passi di Descartes dai suoi Principia Philosophiae del 1644 (Amsterdam). Al paragrafo 133 della parte IV, Descartes inizia con il definire un magnete e la cosa d'interesse perch la fantasia davvero va per conto suo, costruendo mondi fantastici ritornando, come gi accennato, alla teoria aristotelica dei quattro elementi, ormai completamente superata da tutti coloro che si definivano copernicani, come lo stesso Descartes)(11):

133- Spiegazione della natura del magnete


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Fin qui ho cercato di spiegare la natura e tutte le principali (propriet) dell'aria, dell'acqua, delle terre, e del fuoco, (poich sono i corpi che si trovano pi generalmente ovunque) in questa regione (sublunare) che abitiamo, e che sono chiamati i suoi quattro elementi; ma c' ancora un altro corpo, ossia il magnete, (che si pu dire abbia un'estensione maggiore di uno qualsiasi di quei quattro, poich anche tutta la massa della Terra un magnete, e non potremmo andare in) nessun luogo dove non se ne noti la virt. Per questo, desiderando non dimenticare nulla di ci che c' di pi generale in questa Terra, c' bisogno ora che io lo spieghi.

Nella Terra, a conseguenza dei vortici con differenti velocit, vi sarebbero dei canali striati (le parti scanalate del primo elemento) in forma elicoidale (a chiocciola). Debbo osservare che questa la semplificazione di un lunghissimo discorso in gran parte incomprensibile. Ma segue Descartes:

pensiamo che ci siano nella regione media [della Terra] diversi pori (o piccoli condotti) paralleli al suo asse, attraverso i quali le parti scanalate passino liberamente da un polo verso l'altro; e che quei condotti siano in tal modo incavati e adattati alla figura di quelle parti scanalate, che quelli che ricevono le parti provenienti dal polo australe, non potrebbero ricevere quelle provenienti dal polo boreale, e che, reciprocamente, i condotti che ricevono le parti provenienti dal polo settentrionale, non siano adatti a ricevere quelle provenienti dal polo australe, poich sono girate a vite le une all'inverso delle altre. (Pensiamo anche che) quelle parti scanalate possano bene entrare per un lato nei pori (adatti a riceverle), ma che non possano ritornare dall'altro lato (degli stessi pori), poich vi sono (dei piccoli peli o) dei rametti sottilissimi, che nelle pieghe di quei condotti sporgono in maniera tale, da non impedire per nulla il corso delle parti scanalate, quando vi vengono dal lato per cui sono solite entrare, ma che si voltano dall'altra parte e raddrizzano (un po' le loro estremit, quando quelle parti scanalate si presentano per entrarvi dall'altro lato, e) cos ostruiscono loro (il passaggio...). Per questo, dopo che hanno attraversato tutta la Terra da una (met) all'altra, seguendo linee parallele al suo asse, ce ne sono molte che ritornano, attraverso (l'aria) circostante, verso la stessa (met) di dove erano entrate, e passando cos (reciprocamente dalla terra nell'aria, e dall'aria nella terra), ci compongono una specie di vortice ....

Non proseguo anche se Descartes riempie di questa prosa un centinaio di pagine. Quanto riportato mi serviva per dare un'idea della concezione magnetica del nostro. Egli pensa i magneti come solcati da scanalature attraverso le quali passa un flusso di particelle sottilissime che si avvitano in esse (le particelle, in origine, sarebbero state scagliate dal Sole lungo il piano equatoriale dove la forza centrifuga pi intensa). Le particelle, fuoriuscite dal magnete ed entrate nell'aria, ritornano al magnete proprio a causa del loro moto a vortice. Quando queste particelle che fuoriescono dal magnete a forma di cavatappi incontrano un pezzo di ferro penetrano nei suoi pori come appunto dei cavatappi che lo attirano al magnete. Ma, se avete avuto la forza di leggere il brano riportato, vi sarete accorti che le scanalature nei canali possono essere sinistrorse o destrorse. Questa eventualit serve a dar conto di attrazione o repulsioni tra magneti (per medesimi


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La Terra-magnete come teorizzata da Descartes. I poli sono situati in corrispondenza delle lettere A (polo australe) e B (polo boreale).

avvitamenti si ha attrazione, altrimenti repulsione). Con questo apparato, lo stesso Descartes ci fornisce il disegno del magnete-Terra che viene descritta nel paragrafo 146 (le piccole sfere I, K, L, M, disegnate intorno alla Terra, stanno per spiegare la diversa inclinazione che subiscono gli aghi magnetici sotto l'azione del magnete Terra, un qualcosa di analogo alle figure che ci aveva fornito Gilbert).

A Descartes si ispir Padre Grimaldi (1618-1663) che nel suo De lumine (1665) dedic una trentina di pagine al fenomeno magnetico. La novit rispetto a


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Padre Grimaldi

Descartes l'ammissione di un fluido magnetico unico, in luogo dei due individuati dalla diversa rotazione dei "cavatappi", e l'assenza di ipotesi sulle presunte particelle che costituirebbero il fluido.

Newton, per parte sua, dedicher poco spazio al magnetismo e lo far nella Query n 22 della sua Optics del 1704. La cosa insignificante e gli serve per illustrare l'estrema rarefazione del presunto etere. Poche parole ma significative le troviamo invece nei Principia (1687) dove Newton afferma (Libro III, Proposizione VI, Teorema VI, Corollario 5, pag 629):

La forza di gravit di genere diverso dalla forza magnetica. Infatti l'attrazione magnetica non sta come la quantit di materia attratta. Alcuni corpi sono attratti di pi, altri di meno, moltissimi non sono attratti. E la forza magnetica di un medesimo corpo pu essere aumentata e diminuita, e talvolta, in relazione alla quantit di materia, molto pi grande della forza di gravit, e nell'allontanarsi dalla calamita decresce non nella proporzione del quadrato dalla distanza, ma quasi nella proporzione del cubo, come potei accorgermi da certe grossolane osservazioni.


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Newton in un ritratto del 1702

Altri contributi vennero da alcuni gesuiti come Nicol Cabeo (1586-1650),

Frontespizio della Philosophia Magnetica (1629) di N. Cabeo

Athanasious Kircher (1602-1680; un personaggio davvero invasato e dedito allo studio di ogni magia) un personaggio e Vincentius Lotaud. Questi personaggi,


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Athanasious Kircher

mentre sembravano muoversi sulle orme di Gilbert, si preoccupavano di riportare ogni cosa alla spiegazione aristotelica contestando sul presunto piano delle esperienze lo stesso Gilbert (il Collegio Romano a Roma, quello che contribu grandemente alla condanna di Galileo, era maestro di tali comportamenti dei gesuiti).

Cabeo, nella sua Philosophia Magnetica (1629), tenta di smontare l'edea di fondo di Gilbert,quella che vuole essere la Terra un gigantesco magnete partendo dalla negazione di una qualche identit tra terrella e Terra. Secondo Cabeo anche i ferri (come i cardini delle porte) disposti verticalmente rispetto al meridiano terrestre si magnetizzano con il sud verso l'alto ed il nord verso il basso. Nel tentativo di screditare Cabeo trova una cosa d'interesse che per non pu ancora capire: non vero che l'ambra attiri soltanto dei minuscoli corpiccioli infatti, se sistemiamo un pezzo d'ambra strofinato vicino a della segatura, prima questo attira i pezzettini di segatura ma, dopo un poco, questi ultimi schizzano via con un chiaro effetto repulsivo dell'ambra (fenomeno che oggi sappiamo spiegare con il fenomeno dell'elettrizzazione per contatto e che si sperimenta agilmente con una bacchetta di plastica strofinata ed una pallina di sambuco sospesa ad un filino di nylon).

Una disposizione positiva rispetto ai lavori di Gilbert fu di Padre Benedetto Castelli (1577-1643), l'allievo ed amico di Galileo, che scrisse un Discorso sulla calamita che purtroppo rimase inedito fino al 1883. Egli prese le mosse dalla oggi

Benedetto Castelli

nota esperienza dello spettro magnetico che si ottiene disponendo della limatura di ferro su di un foglio di carta sotto il quale disposto un magnete. Castelli dispose, anzich limatura di ferro, limatura di un magnete. Da questa esperienza egli costru una teoria che in pratica prevede che il magnete sia costituito da tanti magneti elementari (come diremmo oggi) che in origine sono disordinati ed in particolari condizioni si orientano tutti in un unico verso dando l'effetto magnetico (si confrontino queste ipotesi teoriche, che possano essere assimilate addirittura all'ipotesi di Ampre sul magnetismo, con le contemporanee teorie di Ewing e di Weiss).

PARTE 2: DA GRAY A FRANKLIN


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LA SCIENZA ELETTRICA NEL SETTECENTO: GRAY E DU FAY

Il Settecento un secolo spesso definito di transizione. Secolo nel quale si deve digerire la grandezza dell'opera di Newton, si devono fare i conti con il metodo sperimentale che Galileo aveva inaugurato e si devono sistematizzare la gran mole di fenomeni provenienti dai pi diversi campi di ricerca che continuavano ad accumularsi.

Tutto ci deve avvenire con strappi molto forti rispetto alle spiegazioni ingenue, all'animismo, alla magia, ai fluidi misteriosi (che coster molto cacciare via dalla spiegazione scientifica se ancora nel 1905 Einstein deve vedersela con l'etere). Diceva Hooke agli inizi del secolo che i filosofi naturali si contentano di qualcosa che possa divertirli e preferiscono costruirsi belle concezioni e storie immaginate piuttosto che sforzarsi di cercare pi oltre con nuove esperienze e ricerche e ragionamenti precisi. E, relativamente all'elettricit e magnetismo, mancava proprio l'accrescimento della fenomenologia che veniva anche come conseguenza della mancanza di strumenti adeguati e ad amplificare i fenomei e a misurarli.

A fronte delle molte difficolt vi era almeno una cosa che aiutava lo sviluppo della scienza elettrica e magnetica. L'esplosione della meccanica, con Newton, aveva creato una sorta di paralisi in ricerche ulteriori nella ricerche che erano state oggetto dello stesso Newton. Sembrava fosse impossibile andare al di l di quanto egli aveva fatto. Ma in quei campi, come l'elettricit ed il magnetismo, campi nei quali Newton non aveva lavorato, sarebbe stato possibile iniziare ad indagare con metodo e via via applicando i metodi della matematica che, come abbiamo visto, ancora tardavano.

Una scoperta di rilievo, che andava nel senso di quegli strumenti che esaltano i fenomeni, fu quella dello scienziato tedesco Otto von Guericke (1602-1686) che, nel 1660, realizz la prima macchina elettrostatica, una macchina in grado cio di produrre elettricit statica (non in movimento ma localizzata nel luogo dove la si genera) in quantit importanti (Ottone De Guericke, Experimenta nova, Mastelodami, apud J. Janssonnium, Waesbergee, 1672). Abbiamo fino ad ora visto che l'elettricit statica si produce mediante strofinio di un panno, una pelle, un qualcosa su dei materiali in grado di partecipare al fenomeno (non tutti infatti sono in grado di presentare il fenomeno dell'elettrizzazione per strofinio). Guericke esalt il fenomeno con una macchina

Otto von Guericke


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che produceva grandi quantit di elettricit statica. La figura seguente riporta la macchina elettrostatica per strofinio di Guericke. Si tratta di una grande sfera di

Macchina elettrostatica a strofinio di Gueriche (la sfera di zolfo quella a destra)

zolfo grande come la testa di un bambino (magnitudine ut caput infantis) che viene fatta ruotare su di un asse di legno che la attraversa. Mentre la sfera ruota viene elettrizzata mediante lo strofinio di una foglia di palma sufficientemente essiccata (palma satis sicca). Da un certo punto, con l'accortezza di mantenere sempre l'insieme assolutamente asciutto ( una delle difficolt dell'elettrostatica le cui esperienze che funzionano in un luogo, non lo fanno in un altro), si osserva il crepitio e la luminescenza che accompagnano lelettrizzazione del globo. Guericke chiam il fenomeno fuoco elettrico. Altro fatto di grande interesse che Guericke mostr la possibilit di tale fenomeno di essere trasportato ad una certa (breve) distanza mediante dei fili di lino:

Questo globo di solfo, eccitato prima con la frizione, pu esercitare la sua virt anche attraverso un filo di lino lungo un'ulna o anche pi e all'estremit attrarre ancora qualcosa.

Fatto il primo passo si iniziarono a costruire macchine elettriche sempre pi sofisticate. Il primo che segu Guericke fu l'inglese Francis Hauksbee (1660-1713) che sostitu alla sfera di zolfo un globo di vetro, come descritto nella sua


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La macchina elettrostatica di Hauksbee

Physico-Mechanical Experiments on Various Subjects. Containing an Account of Several Surprising Phenomena Touching Light and Electricity del 1706 (si osservi che tale opera fu anche tradotta in italiano a Firenze nel 1716: Esperienze fisico meccaniche sopra vari soggetti ...). In tal modo gli effetti della macchina si

Frontespizio dell'opera di Hauksbee tradotta in italiano

resero molto pi evidenti. Con questa sua macchina egli rifece esperienze gi note, riportandole all'attenzione dopo molti anni di obsolescenza ed osserv che avvicinando al viso al globo o altro corpo da questo elettrizzato, si avverte come un soffio (vento o soffio elettrico):

[Un tubo di vetro strofinato fortemente] applicato vicino al viso o ad alcun'altra tenera parte, poteva essere sensibilmente sentito, come se la parte fosse sollecitata con le punte di un considerevole numero di deboli peli (Hauksbee,


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The Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. V, pag. 329)(12).

Dovevano comunque passare altri 20 anni prima che emergessero novit di rilievo ad opera di Stephen Gray (1666-1736) in Inghilterra e Charles Franois de Cisternay Du Fay (1698-1739) in Francia che riuscirono a mettere un poco d'ordine in quella scienza emergente facendone intravedere le prospettive per il futuro.

Il punto di partenza delle ricerche di Gray fu un episodio casuale accadutogli mentre faceva esperimenti di trasmissione dell'elettricit statica cos come aveva realizzato per brevissime distanze Hauksbee (si osservi che questi furono i primi passi sulla strada della realizzazione del telegrafo elettrico). Egli utilizzava una corda, lunga pi di 700 piedi, sospesa con sottili cordicelle di seta o con dei sostegni isolanti come mostrato nella figura seguente. Durante tale operazione una cordicella si ruppe e Gray lo sostitu con un filo sottile di ottone. La trasmissione di elettricit si interrompeva alla posizione del filo di ottone, mostrando che lisolamento dipendeva dal fatto che i fili erano di seta e non che erano sottili. Scrive Gray:

Quando la linea che trasportava la virt elettrica era sostenuta da fili metallici l'effluvio arrivava ai fili di sospensione, passava attraverso questi fili alle travi e cos non andava oltre lungo la linea che doveva condurlo alla palla d'avorio.

Nella figura vi l'apparato utilizzato da Gray: dal lato A vi la macchina elettrostatica che trasferisce i segnali elettrici lungo la corda, sospesa da cordicelle isolanti tirate su dei travi di legno C e D, fino a B. In B vi una sfera d'avorio sospesa a poca distanza da dei pezzettini di paglia. La sfera attira la paglia finch tra C e D vi una cordicella isolante. Se questa cordicella viene sostituita con un filo d'ottone si interrompe il flusso di virt elettrica che arrivava alla sfera d'avorio che smette di attrarre la paglia. Da queste e varie altre esperienze Gray

L'apparato sperimentale di Gray

cap che vi erano materiali in grado di trasportare la virt elettrica o il fluido elettrico o l'elettricit (tali materiali furono chiamati da J. T. Desaguliers nel 1739 non elettrici o conduttori) ed altri che invece lo mantenevano localizzato l dove era stato originato (non conduttori o isolanti)(13). Nel 1732 Gray comunic alla Royal Society che nel 1729 aveva realizzato le esperienze suddette come aveva comunicato a due membri della stessa societ(Cromwell e Mortimer, come documentato dalla memoria di Gray "Two letters from Gray to Mortimer, containing a farther account of his experiments concerning electricity", in Philosophical Transactions of the Royal Society 37,


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La memoria di Gray alla Royal Society

1731 - 32) i suoi risultati e cio che la "virt elettrica" di un tubo di vetro strofinato da una macchina elettrostatica, poteva essere trasmessa ad altri corpi, sia per contatto diretto, sia collegando il corpo carico con un altro scarico mediante un filo metallico.

Altre cose fece Gray che occorre citare non tanto per il valore che hanno, quanto perch concentrarono sull'elettricit molto interesse in tutti i salotti aristocratici del Settecento. Egli riusc ad elettrizzare delle persone mantenute sollevate per aria come mostrato nelle figure che seguono.

Una ragazza, sospesa su un seggiolino, viene elettrizzata con una macchina elettrostatica


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Un giovanetto, sospeso con una corda, viene elettrizzato attraverso i piedi e, con la mano, in grado di attrarre piccoli pezzetti di carta

Il giovanetto di figura precedente,, sospeso con una corda, dopo essere stato elettrizzato attraverso i piedi, disponendo nella mano di barrette di vetro, produce differenti fenomeni elettrici

Ultima importante scoperta di Gray quella che per elettrizzare un corpo non necessario strofinarlo ma possibile ottenere la cosa mediante l'avvicinamento al corpo da elettrizzare di un corpo elettrizzato (elettrizzazione per induzione o per influsso):

Data una massa di piombo sospesa al soffitto per una cordicella, quando un tubo di vetro strofinato veniva avvicinato dal basso alla corda ma senza toccarla, la massa di piombo attraeva, poi respingeva della limatura di ottone. Cos la virt elettrica pu essere trasportata senza contatto dal tubo alla corda di comunicazione.

Il francese Charles Francois de Cisternay Du Fay, venuto a conoscenza dei lavori di Gray, si mise a studiarli a ripeterli e a realizzarne di nuovi. I risultati delle


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Charles Francois de Cisternay Du Fay

sue ricerche furono pubblicati nel 1733 sulle Philosophical Transactions con il titolo A Discourse concerning Electricity e in Memoires de lAcadmie Royale des Sciences, Paris 1733, pag 464. I suoi lavori spiegarono molti dei fenomeni

Il passo della memoria di Du Fay in cui si parla dell'esistenza di due tipi di elettricit

che erano stati scoperti e relativi all'elettricit e chiarirono alcuni fatti importanti:

- Tutti i corpi si possono elettrizzare scaldandoli e strofinandoli (eccetto i metalli, i liquidi ed i corpi blandi)

- Tutti i corpi, compresi i metalli ed i liquidi, possono essere caricati per induzione

- Il vetro un isolante buono come la seta

- I fili conducono meglio se sono umidi

- Ci sono due tipi di elettricit, la resinosa (quella che successivamente sar indicata con il segno -) e la vetrosa (che sar indicata con il segno +)

- I corpi elettrizzati di elettricit vetrosa attraggono corpi elettrizzati con elettricit resinosa e respingono gli altri corpi elettrizzati con elettricit vetrosa (e ci dice in breve che corpi elettrizzati dello stesso segno si respingono e corpi elettrizzati di segno opposto si attraggono).

Seguiamo la storia della scoperta delle due elettricit. Egli aveva dedotto dalla discussione di tutte le esperienze conosciute un'ipotesi su cui lavorare:


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Ho immaginato che il corpo elettrico attirasse forse tutti quelli che non lo sono e respingesse tutti quelli che lo sono divenuti per la sua vicinanza e per la trasmissione della sua virt. Ma allora ci che mi disorient in maniera straordinaria fu la seguente esperienza: dopo aver fatto sollevare nell'aria una foglia d'oro per mezzo del tubo (di vetro elettrizzato che la respingeva dopo averla attratta e la faceva ondeggiare nell'aria), avvicinai un pezzo di gomma coppale strofinato e reso elettrico; la foglia venne ad attaccarvisi immediatamente. Confesso che mi aspettavo un risultato del tutto opposto perch, secondo il mio ragionamento, il coppale, che era elettrico, doveva respingere la foglia che lo era essa pure. Lo stesso risultato con l'ambra e la cera di Spagna. Ma poi avvicinai alla foglia respinta dal tubo un globo di cristallo di rocca strofinato e reso elettrico: esso respinse quella foglia in maniera analoga al tubo (di vetro)... Infine non potei dubitare che il vetro e il cristallo di rocca non fossero esattamente il contrario della gomma coppale, dell'ambra e della cera di Spagna di modo che la foglia respinta dagli uni a causa dell'elettricit che essa aveva, era attratta dagli altri; ci mi fece pensare che vi erano forse due tipi diversi di elettricit ...

A questo punto Du Fay pensa ed esegue una serie di esperienze per confermare o falsificare la sua ipotesi.

Ecco dunque costantemente due elettricit di natura completamente diversa, cio quella dei corpi trasparenti e solidi come il vetro, il cristallo, ecc., e quella dei corpi bitumosi o resinosi, come l'ambra, la gomma coppale, la cera di Spagna, ecc. Gli uni e gli altri respin-gono i corpi che hanno acquistato un'elettricit della stessa natura della loro e attraggono invece quelli la cui elettricit di natura diversa... I corpi che attualmente non sono elettrici possono acquisire (se sono isolati) ciascuna di queste due elettricit e allora i loro effetti sono simili a quelli dei corpi che gliel'hanno trasmessa... Ecco dunque due elettricit ben dimostrate... Chiamer l'una elettricit resinosa, l'altra elettricit vitrea.

Du Fay prende anche in considerazione l'esistenza di altri tipi di elettricit ma presto respinge questa ipotesi come improbabile concludendo:

Che cosa non dobbiamo attenderci da un campo cos vasto che si apre alla fisica; e quante esperienze singolari pu esso fornirci che ci riveleranno forse nuove propriet della materia?

(Storia dell'Accademia Reale delle Scienze, 1733).

Per realizzare le misure che gli erano necessarie, Du Fay aveva realizzato degli strumenti come perfezionamento del versorium di Gilbert. Si trattava di di elettrometri a palline di sambuco, a foglie d'oro pendenti e a fili

Si vedranno i due capi che pendono liberamente allontanarsi l'uno dall'altro con maggiore forza e formare un angolo pi o meno grande ... e ci far conoscere in maniera certissima il grado di forza dell'elettricit.


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Elettrometro a palline di sambuco

Elettrometro a foglie d'oro pendenti

Tali strumenti vennero successivamente perfezionati in elettroscopi, elettrometri, bilance di torsione, ...

Elettroscopio a foglie d'oro Elettrometro Bilancia di torsione

Dopo queste brillanti considerazioni ed esperienze, anche Du Fay tenta una spiegazione la quale ci riporta al nulla delle spiegazioni cartesiane, non dissimili dalle qualit occulte aristoteliche, mediante vortici. Secondo du Fay, strofinare un corpo per elettrizzarlo vuol dire creargli intorno un vortice. Due corpi elettrizzati allo stesso modo avranno vortici che ruotano nello stesso verso e, come tali, si devono respingere. Se due corpi sono elttrizzati in modo diverso, i vortici ruoteranno in verso opposto e potranno cos attrarsi. Se un corpo neutro entra nel vortice di un corpo elettrizzato aspirato da esso fino ad arrivare a contatto con la superficie del corpo. Questo contatto lo elettrizza e quindi gli crea un vortice intorno dello stesso tipo del corpo che ha elettrizzato con la conseguenza che si ha repulsione.


FISICA/MENTE

Allo stesso modo il divulgatore (Leons de Physique Exprimentale, 1771) abate Jean Antoine Nollet (1700-1770). Egli riprese la teoria dei due fluidi di Du

L'abate Nollet

Fay che espose nelle Lettres sur l'lectricit pubblicate nel 1753, in contrapposizione a quella elaborata nel 1747 dallo statunitense Benjamin Franklin. Quando pass a spiegare questi fenomeni, in accordo con la materia ed il moto

Una delle esperienze spettacolari di Nollet: una dama carica di elettricit (per contatto con la macchina elettrostatica) sta per trasmettere la scossa al suo spasimante sospeso (isolato) da terra.


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La macchina elettrica a sfera di vetro utilizzata da Nollet


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Esperimenti elettrici proposti nei testi di Nollet

che Descartes prevedeva per la spiegazione di ogni fenomeno, riteneva che lelettricit fosse dovuta allazione di una materia fluida in movimento, simile alla materia del fuoco e della luce (Essai sur l'lectricit des corps, 1746). Con Bonera(14),

"quando si strofina un corpo elettrico si mette in movimento il fluido che nel suo interno. Questo allora esce per piccoli fori abbastanza distanti tra loro, divergendo subito dopo luscita (materia effluente). La materia effluente, uscendo dal corpo richiama altra materia simile dai corpi vicini (materia affluente) che entra nel corpo attraverso fori distinti pi numerosi di quelli dai quali esce la materia effluente. Dovendo mantenersi costante la quantit di fluido elettrico presente nei corpi, la velocit della materia effluente maggiore di quella affluente, la quale tuttavia presente nello spazio circostante il corpo elettrizzato con un maggior numero di raggi, in modo che un corpuscolo ha pi probabilit di essere attratto che respinto dai flussi della materia elettrica".

A poco a poco, come visto e vedremo, gli apparecchi per produrre l'elettricit si perfezionarono, senza che le conoscenze sui fenomeni in gioco progredissero in modo significativo. Servivano dei passi avanti concettuali che faticosamente si sarebbero fatti. Intanto passarono altri anni proprio a perfezionare gli apparati di cui si disponeva fino ad arrivare al 1745 quando si aprirono importanti vie di comprensione mediante decisive scoperte.

MACCHINE ELETTRICHE E BOTTIGLIA DI LEYDA

Le macchine elettriche di Guericke ed Hauksbee avevano rappresentato un grande passo in avanti ma erano ancora poca cosa, come poca cosa erano i tubi di vetro strofinati di Gray ed i bastoni di vetro di Du Fay.

Tra il 1743 ed il 1745 vari lavori, soprattutto in Germania, perfezionarono la macchina elettrica(15) per renderla pi funzionale alla ricerca. Successivi miglioramenti vennero da: Georg Mattias Bose (1710-1761), nel 1744, che faceva ruotare una sfera di vetro (per mezzo di una trasmissione mediante un cavo con una grande ruota di legno) che veniva strofinata prima dalla mano dell'operatore con i piedi a terra, quindi con un cuscinetto di cuoio ( da notare che Bose fece esperienze per provare che i corpi elettrizzati non variano di peso); quindi dal benedettino Andreas Gordon (1712-1751) che sostitu la sfera con un tubo di vetro; ancora ad opera di Johann Heinrich Winkler (1703-1770), sempre nel 1744 (adott per primo come strofinatore un cuscino di crini coperto di seta e quindi dei


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Particolare della macchina di J.H.Winkler del 1744: a sinistra la sfera, ruotando, si elettrizza sfregando sui cuscinetti di cuoio (la trasmissione del moto la stessa che nelle macchine di Bose e Gordon)

cuscinetti di sfregamento in cuoio che aumentarono di molto l'efficienza della macchina) (16). Winkler fece anche delle osservazioni di estremo interesse. Nel 1746 scriveva:

Pare adunque che la scintilla elettrica, destata artificialmente, secondo materia, lessenza e le apparenze, sia della stessa natura del baleno dei lampi e del tuono, la differenza sta solo nella potenza o nella debolezza delle loro azioni.

(J.H. Winkler, Die Strke der elektrischen Kraft des Wassers in glsernen Gefen, welche durch den Musschenbroekschen Versuch bekannt geworden. Breitkopf, Leipzig 1746).

e, come vedremo, la cosa sar sviluppata e compresa da Franklin.

Un'altra fondamentale scoperta doveva aggiungersi ai successivi perfezionamenti delle macchine elettrostatiche, quella della bottiglia di Leida. Sia Gray che Du Fay avevano mostrato che era possibile elettrizzare l'acqua purch fosse sistemata in una ciotolina isolante. Il fatto che tale elettricit venisse perduta con il tempo veniva attribuito all'evaporazione di fluido elettrico. Ma, avevano pensato, se chiudiamo l'acqua in una bottiglia, non potr pi esservi evaporazione. La cosa, rimasta qui, venne ripresa in modo del tutto indipendente dal tedesco Ewald Jrgen von Kleist (1700-1748)(17), un pastore protestante e dilettante, nel 1745 e dall'olandese Pieter van Musschenbroek (1692-1761), professore di fisica ed astronomo a Leida, nel 1746. Quest'ultimo sembra abbia

Pieter van Musschenbroek

conosciuto Newton e certamente a lui si deve il merito di aver diffuso nel continente europeo,


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il newtonianismo contro il dominante cartesianesimo, e il metodo sperimentale nell'insegnamento della fisica. In una lettera della fine del 1745 indirizzata al fisico R. A. de Raumur, a Parigi, Musschenbroek racconta un episodio che alla base della realizzazione dell'apparato che prende il nome di bottiglia di Leida (questo nome fu successivamente dato dall'Abate Nollet). Egli studiava, con i suoi assistenti Allmand e Cunaeus, l'elettrizzazione dell'acqua tenendo in mano una bottiglia parzialmente riempita nella quale era immersa un'asticciola d'ottone collegata a una macchina elettrostatica in funzione. Ad un certo punto occorreva terminare tale collegamento e, per farlo, egli prese in mano l'asticciola. Nel far ci ricevette una scossa elettrica cos violenta che la bottiglia cadde a terra in frantumi con un grande spavento da parte dello stesso Musschenbroek(18). Con l'intensit di tale scarica i giochi mondani, particolarmente quelli di Nollet, ebbero nuova linfa: fece sentire la scossa dopo una catena di diversi frati che si tenevano per mano; uccise vari uccellini avvertendo il pubblico che occorreva avere prudenza per non fare irritare la nuova entit. Altri, ciarlatani, iniziarono a curare la gente, che crede sempre a queste novit salvifiche, mediante le scariche elettriche(19).

Musschenbroek elettrizza l'acqua di una bottiglia

L'apparato, gi l'anno successivo, veniva migliorato. In luogo dell'acqua, nella bottiglia si sistem un foglio di stagnola o piombo aderente al vetro della superficie interna (fin quasi al collo) e del fondo. Su questo fondo fa contatto una


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catenella metallica collegata ad un'asta che passa attraverso il tappo di sughero che tappa la bottiglia. L'apparato veniva poi rivestito anche all'esterno di stagnola o

piombo, fino alla stessa altezza del rivestimento interno. Le superfici metalliche

interna ed esterna sono le armature dello strumento mentre il vetro fa da isolante (si trattava del primo condensatore).

Naturalmente le analogie con la capacit di una bottiglia proseguirono e si cap che pi bottiglie hanno maggiore capacit di una. Si collegarono quindi pi bottiglie di Leida (oggi diremmo in serie) tra loro e si ottennero sistemi in grado di immagazzinare pi elettricit.


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Serie di bottiglie di Leida

Le migliorie nascevano da successive osservazioni sperimentali fatte nelle realizzazioni di bottiglie in differenti laboratori.Cos nel 1746 fu Benjamin Wilson (1721-1788) a far notare (An essay towards an explication of the Phaenomena of electricity, deduced from the aether of Sir Isaac Newton contained in three papers which were read before the Royal Society) che:

l'accumularsi della materia elettrica nella bottiglia sempre in proporzione alla sottigliezza del vetro ed alla superficie dei corpi non elettrici (conduttori) in contatto con le superfici interne ed esterne.

Si cominciava a capire qualcosa ma sempre in modo empirico, cambiando questo arrangiamento, sostituendo questo con quello, allungando, stringendo, ... Non vi erano ancora teorie in grado di fornire una qualche spiegazione. E, proprio continuando in tal modo, si capirono e realizzarono varie cose oltre al fatto che era possibile avere lo stesso effetto di una bottiglia con una geometria differente.

L. G. Le Monnier nel 1746, proprio per evitare quei fastidiosi effetti fisiologici delle scariche elettriche, realizz uno scaricatore (al quale negli anni ne seguirono di pi perfezionati) del tipo mostrato in figura. E' un semplice apparato

Scaricatore

costituito da una specie di compasso (per variare la distanza a cui applicarlo)conduttore sostenuto da due manici isolanti. Con questo elementare strumento Le Monnier si dedic allo studio della scarica elettrica (una corrente elettrica transitoria) fino ad arrivare ad un tentativo di misura della sua velocit. L'impresa era all'epoca impossibile ma Le Monnier non lo sapeva. Riusc qualitativamente a dire che tale velocit era certamente superiore a 30 volte quella del suono.

Egli trov altra cosa di interesse e cio che

l'elettricit si comunica nei corpi della stessa specie in ragione della loro superficie piuttosto che della loro massa.


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Mettendo insieme le cognizioni che si avevano si riuscirono via via a costruire degli strumenti tipo bottiglia di Leida (che da ora in breve chiamer condensatori) sempre pi efficienti. Tra di essi merita di essere ricordato quello a

Condensatore di Aepinus in un modellino ottocentesco

dischi piani e paralleli (tra i quali vi un isolante) di Franz Maria Ulrich Theodor Aepinus (1724-1802) del 1759 (Tentamen theoriae electricitatis et magnetismi) per il pregio che ebbe di sganciare l'accumulo di elettricit dalla presenza di una bottiglia (o bicchiere) fatto che era in accordo con la teoria di elettricit intesa come un fluido (seguirono poi condensatori cilindrici, sferici, ...).

Ulrich Theodor Aepinus

E' da notare che Aepinus fu il primo a tentare l'applicazione della matematica ai fenomeni elettrici e magnetici muovendo dall'ipotesi di elettricit costituita da un unico fluido come riteneva, e come vedremo, Franklin (il quale, per sua stessa ammissione, non amava la matematica, scienza nella quale non era mai andato lontano). Egli era anche un sostenitore dell'azione a distanza alla Newton ed allo stesso modo pensava si propagasse l'azione elettrica. L'azione doveva poi essere sempre alla Newton e senza bisogno di particolari effluvi, doveva cio essere o attrattiva (carica di elettricit di diverso tipo) o repulsiva (medesimo tipo di carica di elettricit) con una forza proporzionale alla quantit di elettricit. Solo nel 1767 la legge dell'inverso del quadrato della distanza fu proposta da Priestley e pi tardi da Cavendish (1771).

Restava aperta la questione della natura dell'elettricit ben riassunta dallo stesso Le Monnier che scrisse questa voce nell'Enciclopedie di D'Alembert e Diderot:

I pareri dei fisici sono divisi sulla causa dell'elettricit: tutti nondimeno convengono dell'esistenza di una materia elettrica pi o meno ammassata attorno ai corpi elettrizzati e che produce con i suoi movimenti gli effetti elettrici


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di cui noi ci accorgiamo, ma essi spiegano ciascuno in maniera diversa le cause e le direzioni di questi diversi movimenti ... Poich ancora non si conosce l'essenza della materia elettrica, impossibile definirla altrimenti che con le sue principali propriet.

Un primo passo avanti e nell'uso delle parole e nell'iniziare a spiegare fu fatto da Franklin che introdusse il concetto di carica elettrica. Ma le cose erano complesse e restavano appese a teorie poco confortate da esperienze, come quella dell'elettrone di Lorentz. I passi importanti furono comunque: la scoperta della Pila e di varie leggi che riguardavano l'elettricit, le misure di Coulomb che iniziarono a fornire dati quantitativi, i lavori di Ampre e Faraday, quello dello stesso Lorentz, la scoperta dell'elettone di J.J. Thompson.

BENJAMIN FRANKLIN

Personaggio davvero versatile, impegnato su pi fronti di studio, lavoro e ricerca, mi piace ricordarlo innanzitutto come difensore dei diritti dell'uomo nel continente americano che iniziava il suo cammino verso la rivoluzione democratica in sintonia con la Rivoluzione Francese. E Franklin fu proprio ambasciatore in Francia durante la Rivoluzione (dal 1776 al 1785). Qui conobbe Linneo, Lavoisier, Buffon, ... assist alla prima salita dei palloni aerostatici, a varie sedute dell'Acadmie, si entusiasm alla scienza e divenne sostenitore della collaborazione tra i poli e della guerra come cosa pazzesca. Ma fu anche commerciante ed industriale della carta, fu giornalista e fond il Saturday Evening Post (tuttora in attivit), fu inventore e scienziato, oltre ad essere uomo politico impegnato nelle pi nobili battaglie per i diritti civili e per la libert. In ambito scientifico si occup di ogni ramo del sapere e realizz varie invenzioni. A chi gli proponeva brevetti, rifiutava con garbo affermando che noi usiamo abbondantemente delle cose fatte da altri, lasciamo che gli altri usino qualcosa fatta da noi.


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Benjamin Franklin

Franklin (1706-1790) fu uno dei primi scienziati americani(20) ed inizi la sua attivit, avanti negli anni, solo nel 1747, due anni dopo la scoperta della Bottiglia di Leida colpito, sembra, dall'analogia della scarica elettrica della bottiglia con quella dei fulmini. Da questo momento la ricerca divent la sua principale occupazione anche se non abbandon mai la passione per la libert e la cultura. Proprio come messo del governo americano a Londra, riusc a prendere contatti con la Royal Society, contatti che, insieme a quelli con l'Acadmie, gli saranno proficui negli anni.


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Ritratto di Franklin alle prese con i fulmini.

L'esperienza (probabilmente pensata e basta) di Franklin, con un aquilone dotato di una punta, per catturare fulmini

Delle analogie con i fulmini alle quali ho accennato, Franklin scrisse in una lettera del 1748 dopo aver messo insieme una batteria di bottiglie di Leida. C' da osservare che correttamente Franklin aveva capito che le armature (fu lui a chiamarle in tal modo) di un condensatore hanno elettricit di due tipi differenti (per capire la cosa occorreva si chiarisse il concetto di induzione) ma che la scossa risiedeva nel vetro. Inoltre fu lo stesso Franklin a costruire il primo condensatore piano che chiam quadro di Leida (Leyden's pane o Franklin's pane: un sostegno isolante h sorregge una lastra di vetro g coperta in gran parte da ambo i lati da stagnola - la parte oscura al centro. Per caricare il pane si collega la stagnola posta da un lato alla macchina elettrica e quella dall'altro lato a terra).


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Il condensatore di Franklin (Franklin's pane)

Infine a Franklin si deve molta della nomeclatura ancora in uso: batteria, conduttore, condensatore, carica, scarica elettrica, scarico, carica negativa, carica positiva ...

La batteria di bottiglie di Leida approntata da Franklin

Ma non era solo questa l'analogia che muoveva la curiosit di Franklin. Nella stessa lettera egli parla anche dell'analogia con la possibilit di incendiare sostanze combustibili, di fondere piccole masse di metallo, ...

Fu Franklin che ipotizz il trasporto di elettricit da parte delle nubi e la cosa fu provata quando, su suo suggerimento, nel 1752 fu messo in azione il primo parafulmine (un'asta a punta collegata a terra): la scarica di un fulmine e di una bottiglia di Leida erano della stessa natura. In queste sue ricerche egli scopr il potere delle punte, il meraviglioso effetto dei corpi a punta tanto per attirare che per respingere il fuoco elettrico, e, con opportuno uso di esse, realizz il parafulmine.

Queste osservazioni lo portarono a elaborare una teoria elettrica secondo la quale la medesima elettricit costituita da un fluido unico (teoria monistica) che poteva accumularsi ed essere in eccesso sui conduttori (cariche positive) o essere in difetto (cariche negative). La somma totale delle cariche doveva comunque annullarsi. Il ragionamento di Franklin per teorizzare un fluido elettrico unico era il seguente.

1 Due persone ritte su uno strato di cera, l'una (A) strofinando il tubo (di vetro), l'altra (B) traendone il fuoco, appariranno (se non si toccano) come elettrizzate in rapporto a una terza (C), posta sul suolo, cio essa ne trarr delle scintille, se avviciner loro un dito. 2 Ma, se esse si toccano mentre il tubo eccitato, nessuna di esse apparir come elettrizzata. 3 Se esse si toccano dopo l'eccitazione del tubo, vi sar tra loro una scintilla pi forte di quelle causate dalla persona al suolo.


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4 Dopo questa scintilla n l'una n l'altra manifesta alcuna traccia di elettricit.

E ci si spiega ammettendo che B elettrizzata positivamente, A negativamente; oppure che A elettrizzata pi e B elettrizzata meno. Ci suggerisce a Franklin la non creazione della carica ma la sola sua trasmissione. Insomma i corpi sono neutri ma se ne strofiniamo uno esso pu ricevere un eccesso di fluido che, allo stesso tempo, viene perso dal panno che strofina. I due corpi risultano allora elettrizzati, uno per difetto ed uno per eccesso di fluido. Se poi rimettiamo in contatto i due corpi, la comparsa della scintilla rimette il fluido al suo posto ed i corpi tornano neutri. L'attrazione poi tra fluido elettrico e materia, la repulsione invece tra fluidi elettrici. Franklin introduce nei suoi ragionamenti, come accennato, un vocabolario che ancora oggi usiamo: elettricit positiva quando si ha un eccesso di fluido ed elettricit negativa quando si ha una mancanza di fluido. La teoria presenta una difficolt: quando si hanno oggetti con eccesso di fluido, sono oggetti con lo stesso tipo di elettricit positiva e si capisce che si respingano. Ma perch due oggetti che hanno mancanza di fluido, anch'essi con lo stesso tipo di elettricit negativa, dovrebbero respingersi ? qui non vi sono fluidi in azione ma solo mancanza di fluido ! Era forse il caso di prendere in considerazione la teoria dei due fluidi sviluppata da Du Fay ?(21) La cosa era presente a Franklin e, nonostante ci non abbracci la teoria dei due fluidi:

C' ancora un'esperienza che ci sorprende e per la quale non abbiamo spiegazioni soddisfacenti... I corpi, quando hanno una quantit di elettricit minore di quella loro normale, si respingono gli uni con gli altri cos come quelli che ne hanno una quantit maggiore.

In ogni caso, nel 1751, egli precisa la sua teoria del fluido unico nel modo seguente:

1. La materia elettrica consiste in particelle estremamente sottili, poich essa pu penetrare la materia ordinaria, anche i metalli pi densi, con tanta facilit e libert che essa non subisce alcuna resistenza percepibile... .

3. Ci che differenzia la materia elettrica dalla materia ordinaria il fatto che le particelle di quest'ultima si attraggono reciprocamente, quelle della prima si respingono....

4. Ma, per quanto le particelle di materia elettrica si respingano, esse sono fortemente attratte da ogni altra materia.... .

6. Cos la materia ordinaria una specie di spugna per il fluido elettrico. Una spugna non potrebbe assorbire acqua se le particelle di questa non fossero pi piccole dei pori della spugna, e lo farebbe solo lentamente se non ci fosse attrazione reciproca tra queste particelle e quelle della spugna... Essa lo farebbe ancor pi velocemente, se invece di una attrazione vi fosse tra queste particelle d'acqua una repulsione reciproca, che agirebbe congiuntamente con l'attraz

Storia Elettricita Magnetismo

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