Magie, Source book in Physics - 1963 | L

22 Feb, 2026

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[1.1-31-5|35]

1 Una raccolta di fonti sulla storia della fisica dal Rinascimento al 1900

Progetto editoriale internazionale per documentare l’evoluzione delle scienze fisiche e biologiche attraverso i testi originali dei loro protagonisti.

Un’iniziativa coordinata mira a presentare “a treatment of a particular science with as much finality of scholarship as possible from the Renaissance to the end of the nineteenth century” - (fr:6). Il progetto prevede “eight or ten volumes, which will appear as rapidly as may be consistent with sound scholarship” - (fr:7).

L’organizzazione ha coinvolto esperti di diverse discipline. “In June, 1924, the General Editor began to organize the following Advisory Board” - (fr:8) [Nel giugno 1924, il Direttore generale ha iniziato a organizzare il seguente Consiglio consultivo], composto da filosofi, fisici, chimici e specialisti di altre scienze. Ciascun membro dirige “a committee of four or five men, whose business it is to make a survey of their special field and to determine the number of volumes required and the contents of each volume” - (fr:8).

Il progetto ha ricevuto riconoscimenti ufficiali: “In December, 1925, the General Editor presented the project to the Eastern Division of the American Philosophical Association” - (fr:9), seguito dall’approvazione della “American Association for the Advancement of Science” - (fr:12) e della “History of Science Society” - (fr:13). Il finanziamento è arrivato quando “the Carnegie Corporation of New York granted $10,000 to the American Philosophical Association as a revolving fund to help finance the series” - (fr:11).

Per la fisica specificamente, il volume raccoglie “extracts from important contributions made to that science in the three centuries ending with the year 1900 A.D.” - (fr:18). Il periodo coperto “opens with the introduction of the science of dynamics by Galileo” - (fr:19) e termina quando “a new era of development began with the introduction by Planck of the quantum theory of the distribution of energy” - (fr:21).

La selezione dei contenuti ha seguito criteri precisi: “I decided to recognize the distinction between mathematical and experimental physics, to omit the mathematical argument, and to include only the experimental results” - (fr:24). Gli estratti sono “group[ed] under the general headings into which the science is generally divided in the textbooks” - (fr:31), seguendo “generally the chronological order” - (fr:32).

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[2.1-283-354|636]

2 Fondamenti della meccanica: accelerazione, pendolo e moto dei proiettili

Galileo dimostra le leggi del moto uniformemente accelerato attraverso esperimenti e ragionamenti geometrici, stabilendo principi che governano caduta libera, pendolo e traiettorie paraboliche.

Il testo presenta una discussione sistematica dei principi fondamentali del moto.

Sulla falsità di proposizioni contrarie: “The falsity of the other proposition may be shown with equal clearness” - (fr:354). La dimostrazione procede per assurdo: se un corpo cadendo da doppia altezza producesse doppio momento, dovrebbe colpire con doppia velocità, percorrendo il doppio dello spazio nello stesso tempo. “But with this doubled speed it would traverse a doubled space in the same time-interval; observation however shows that the time required for fall from the greater height is longer” - (fr:355).

Definizione del moto uniformemente accelerato: “A motion is said to be equally or uniformly accelerated when, starting from rest, its momentum receives equal increments in equal times” - (fr:365). Su questa base, Galileo assume un principio fondamentale: “The speeds acquired by one and the same body moving down planes of different inclinations are equal when the heights of these planes are equal” - (fr:367).

Verifica sperimentale con il pendolo: Mediante un esperimento elegante con una sfera sospesa, Galileo dimostra che “the ball swings to the point G in the horizontal” - (fr:381), confermando che “every momentum acquired by fall through an arc is equal to that which can lift the same body through the same arc” - (fr:383).

Teoremi sul moto accelerato: Il primo teorema stabilisce che “The time in which any space is traversed by a body starting from rest and uniformly accelerated is equal to the time in which that same space would be traversed by the same body moving at a uniform speed whose value is the mean of the highest speed” - (fr:394). Il secondo teorema cruciale afferma: “The spaces described by a body falling from rest with a uniformly accelerated motion are to each other as the squares of the time-intervals” - (fr:401).

Conferma sperimentale: Galileo descrive esperimenti ripetuti con una sfera di bronzo su un canale inclinato: “in such experiments, repeated a full hundred times, we always found that the spaces traversed were to each other as the squares of the times” - (fr:434).

Sul pendolo: “The time of descent is the same along all chords, whatever the arcs which subtend them” - (fr:510). Inoltre, “the times of vibration of bodies suspended by threads of different lengths, they bear to each other the same proportion as the square roots of the lengths of the thread” - (fr:514).

Moto dei proiettili: Galileo dimostra che “the positions of this particle, at the ends of these time-intervals, will lie on one and the same parabola” - (fr:545), combinando moto orizzontale uniforme con caduta verticale accelerata.

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[3.1-130-674|803]

3 Le leggi del moto di Newton: definizioni e principi fondamentali

Estratto dalle Principia Mathematica: le definizioni di quantità di materia, moto e forza, i tre assiomi del moto e la loro verifica sperimentale mediante il pendolo.

Il testo presenta le fondamenta della meccanica newtoniana attraverso definizioni rigorose e tre leggi del moto.

Quantità fondamentali. La “quantità di materia è la misura della stessa, derivante dalla sua densità e volume insieme” - (fr:677). Così “aria di densità doppia, in uno spazio doppio, è quadruplice in quantità” - (fr:678). La “quantità di moto è la misura della stessa, derivante dalla velocità e dalla quantità di materia insieme” - (fr:683), e “il moto del tutto è la somma dei moti di tutte le parti” - (fr:684).

Forze. La “vis insita o forza innata della materia è una potenza di resistenza, per cui ogni corpo, per quanto in esso sta, si sforza di perseverare nel suo presente stato, sia di quiete o di movimento uniforme in linea retta” - (fr:685). Questa può essere chiamata “vis inertiae, o forza di inattività” - (fr:688). Una “forza impressa è un’azione esercitata su un corpo, al fine di cambiare il suo stato, sia di quiete o di movimento uniforme in linea retta” - (fr:691). La “forza centripeta è quella per cui i corpi sono attratti o spinti, o in qualche modo tendono, verso un punto come verso un centro” - (fr:695).

Le tre leggi del moto. “Ogni corpo persevera nel suo stato di quiete, o di movimento uniforme in linea retta, a meno che non sia costretto a cambiare quello stato da forze impresse su di esso” - (fr:736). “L’alterazione del moto è sempre proporzionale alla forza motrice impressa; e viene fatta nella direzione della linea retta in cui quella forza è impressa” - (fr:740). “Ad ogni azione si oppone sempre una reazione uguale: o le azioni reciproche di due corpi l’uno sull’altro sono sempre uguali e dirette verso parti contrarie” - (fr:743).

Verifica sperimentale. “La prova della terza legge mediante la collisione di pendoli oscillanti è data come illustrazione dell’abilità sperimentale di Newton” - (fr:675). Mediante esperimenti con pendoli di dieci piedi, Newton verificò che “quando i corpi concorrevano insieme direttamente, uguali cambiamenti verso le parti contrarie erano prodotti nei loro moti, e, di conseguenza, che l’azione e la reazione erano sempre uguali” - (fr:792).

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[4.1-44-1034|1077]

4 Il principio delle velocità virtuali e la riduzione delle forze

Dimostrazione della condizione di equilibrio attraverso il sistema di pulegge e generalizzazione alla riduzione di sistemi di forze.

Per dimostrare il principio delle velocità virtuali, si utilizza un sistema di pulegge: “a weight for the force, after passing over a fixed pulley the free end of the cord which sustains this weight, which we shall take for a unit weight” - (fr:1034). Questo peso genera forze su diversi punti del sistema, proporzionali al numero di corde: “the same weight, by means of the cord which passes over all the blocks, will set up different forces, which will act on the different points of the system” - (fr:1035).

L’equilibrio si verifica quando il peso non può scendere in caso di spostamenti infinitesimi. “In order that the system acted on by these different forces should remain in equilibrium, that the weight cannot descend, if there is any infinitely small displacement of the points of the system” - (fr:1036). Rappresentando gli spostamenti come α, β, γ e le forze come P, Q, R, la condizione di equilibrio diventa: “Pa + Qβ + Pγ + etc. = 0” - (fr:1038-1039), che costituisce “the analytical expression of the general principle of virtual velocities” - (fr:1039).

Questa condizione è necessaria e sufficiente: “if the equation: Pa + Qβ + Pγ + etc. = 0 holds for all possible infinitely small displacements of the system, the system is necessarily in equilibrium” - (fr:1044-1045). Il principio vale anche per forze incommensurabili per riduzione all’assurdo - (fr:1048).

Poinsot estende questo concetto alla riduzione generale di sistemi di forze: qualsiasi insieme di forze applicate a un corpo può essere ridotto “to a single force which passes through any proposed point, and to a single couple” - (fr:1071). Esiste un punto particolare dove “the plane of the resultant couple is perpendicular to the line of action of the resultant” - (fr:1074), per cui “Any number of forces are always reducible to a single force, and a single couple whose plane is perpendicular to the direction of the force” - (fr:1076).

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[5.1-181-1141|1321]

5 Vita e contributi scientifici di Blaise Pascal

Genio precoce in matematica e fisica, fondatore della teoria delle probabilità e della idrostatica, morì invalido a soli 39 anni.

Blaise Pascal manifestò fin da giovane straordinarie capacità negli studi fisici e matematici, “nonostante suo padre tentasse per un certo tempo di impedirgli di conoscere qualcosa di questi argomenti per paura che trascurasse lo studio delle lingue” - (fr:1141). Si racconta che “il ragazzo scoprisse da solo alcuni dei più importanti teoremi della geometria” - (fr:1142), e già “nel suo sedicesimo anno scrisse un articolo sulle sezioni coniche” - (fr:1143).

La sua carriera scientifica fu però segnata da una grave malattia: “la sua salute venne meno nel suo diciottesimo anno e fino alla morte rimase un invalido” - (fr:1144). Nonostante ciò, Pascal fornì contributi fondamentali alla scienza: “Pascal fu uno dei fondatori della teoria delle probabilità e contribuì alla geometria dei cicloidi” - (fr:1145), mentre “il suo principale contributo alla fisica fu nel dominio dell’idrostatica” - (fr:1146).

Negli ultimi anni della sua vita, “Pascal divenne intimamente connesso con i Giansenisti di Port Royal” - (fr:1147), sotto la cui influenza “scrisse le Lettere Provinciali e compilò i suoi Pensieri sulla Religione pubblicati dopo la sua morte” - (fr:1148). “Morì il 19 agosto 1662” - (fr:1149).

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[6.1-35-1389|1423]

6 La torsione dei fili metallici: leggi sperimentali

Esperimenti sistematici sulla relazione tra torsione, peso, lunghezza e spessore dei fili.

Gli esperimenti esaminano come la forza di torsione dei fili metallici dipenda da tensione, lunghezza e spessore. “The force or reaction of the torsion of metallic wires ought to depend on their length, on their thickness and on their tension” - (fr:1393). Per determinare queste leggi, “we have been compelled in the preceding experiments to suspend different weights by iron and brass wires of different lengths and thicknesses” - (fr:1394) [siamo stati costretti negli esperimenti precedenti a sospendere pesi diversi mediante fili di ferro e ottone di lunghezze e spessori diversi].

Effetto della tensione. I risultati mostrano che “with the same wire a 2 pound weight makes its oscillations sensibly in a time twice that in which a half pound weight makes its oscillations; that consequently the periods of the oscillations are as the square roots of the weights” - (fr:1408). Questo dimostra che “the greater or less tension has no sensible effect on the reaction of the force of torsion” - (fr:1408), sebbene “great tensions diminish or change the force of torsion a little” - (fr:1409).

Effetto della lunghezza. “As we increase the length of the wire we can make the cylinder describe a greater number of revolutions, in the same proportion, without changing the amount of the torsion; and so the force of reaction of torsion ought to be in the inverse ratio of the length of the wire” - (fr:1413). Gli esperimenti confermano che “the times of the same number of oscillations are, for the same wires, stretched with the same weights, as the square roots of the lengths of these wires” - (fr:1419).

Effetto dello spessore. Rimane da determinare “the laws as they depend on the thickness of the same wires” - (fr:1422), utilizzando fili di ferro e ottone di diversi spessori ma uguale lunghezza.

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[7.1-55-1633|1687]

7 La qualità del suono dipende dalla forma delle vibrazioni

Come i fisici rappresentano il movimento dei corpi sonori attraverso curve, la qualità timbrica di un tono musicale è determinata dalla forma specifica di queste vibrazioni.

Sauveur e Helmholtz affrontano il fenomeno delle vibrazioni sonore da prospettive complementari. Sauveur dimostra sperimentalmente che “quando dividiamo una corda in parti uguali e posizioniamo un ostacolo leggero su uno dei punti di divisione, la corda produce toni armonici” - (fr:1649), stabilendo che “i punti di divisione A, D, E, F, G, B sono i nodi di queste oscillazioni e i punti centrali sono chiamati ventri” - (fr:1657-1658). Questo permette di rilevare le oscillazioni sia “all’orecchio, per chi ha un orecchio fine, sia all’occhio, usando carta bianca e nera posizionata strategicamente sulla corda” - (fr:1659).

Helmholtz sintetizza questi risultati affermando che “i fisici, avendo in mente forme curvilinee che rappresentano la legge del movimento dei corpi sonori, parlano brevemente della forma di vibrazione di un corpo sonoro e affermano che la qualità del tono dipende dalla forma di vibrazione” - (fr:1687). La qualità timbrica non è quindi una proprietà astratta, ma una conseguenza diretta della geometria fisica delle oscillazioni.

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[8.1-96-1706|1801]

8 La scala termometrica di Newton

Costruzione di una scala di temperatura mediante due punti fissi e misurazione del calore attraverso l’espansione dell’olio di lino.

Newton sviluppò un termometro graduato con due punti fissi, probabilmente il primo di questo tipo utilizzato per osservazioni scientifiche utili. “Newton’s thermometer was graduated by the use of two fixed points and may have been the first one of the sort with which useful observations were made, though others had suggested the same method of graduation, particularly Galence in 1688 in his Traité des baromètres, thermomètres et notomètres” - (fr:1707). Il lavoro, datato 1701 e pubblicato negli Opuscula, contiene anche la legge del raffreddamento di Newton.

La scala parte dal punto di congelamento dell’acqua, determinato “by placing a thermometer in packed snow, while it is melting” - (fr:1709), e include misurazioni fino al calore dei corpi incandescenti. Newton calibrò il termometro utilizzando l’espansione dell’olio di lino: “if the oil, when the thermometer was placed in melting snow, occupied a space taken as 10000, the same oil expanded by the heat of the first degree, or of the human body, occupied the space 10286” - (fr:1757).

Per estendere le misurazioni oltre i limiti del termometro, Newton utilizzò un blocco di ferro riscaldato: “I heated a large enough block of iron until it was glowing, and taking it from the fire with a forceps while it was glowing I placed it at once in a cold place where the wind was constantly blowing; and placing on it little pieces of various metals and other liquefiable bodies, I noted the times of cooling” - (fr:1761). Assumendo una progressione geometrica dei tempi di raffreddamento, determinò tutte le temperature. “The heats so found had the same ratio to one another as those found by the thermometer and therefore we have correctly assumed that the expansions of the oil were proportional to its heats” - (fr:1765).

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[9.1-95-1861|1955]

9 Capacità termica e calore latente: esperimenti sulla distribuzione del calore

Mercurio e acqua assorbono quantità diverse di calore per lo stesso aumento di temperatura. Durante i cambiamenti di stato, il calore viene assorbito senza aumentare la temperatura misurata.

9.1 La capacità termica differenziata

Quando mercurio e acqua in pari quantità scambiano calore, non si riscaldano equamente. “The water, in this case, is become less warm by 20 degrees, while the heat it has lost, being given to the quick-silver, has made this warmer by 30 degrees” - (fr:1861). La temperatura finale raggiunta è sempre intermedia: “The temperature produced is always the middle temperature between the two, or 125 degrees” - (fr:1863).

Questo accade perché “Quicksilver, therefore, has less capacity for the matter of heat than water (if I may be allowed to use this expression) has; It requires a smaller quantity of it to raise its temperature by the same number of degrees” - (fr:1865). Gli esperimenti di Martin confermano il fenomeno: il mercurio si riscalda e si raffredda molto più velocemente dell’acqua, quasi il doppio, perché “less of it was required for heating the quicksilver, than for heating the water” - (fr:1875).

La conclusione è generale: “different bodies, although they be of the same size, or even of the same weight, when they are reduced to the same temperature or degree of heat, whatever that be, may contain very different quantities of the matter of heat” - (fr:1884). La capacità termica si scopre solo sperimentalmente, non dalla densità.

9.2 Il calore latente nel passaggio di stato

La fusione del ghiaccio non richiede poco calore aggiuntivo, come si credeva. “When ice, for example, or any other solid substance, is changing into a fluid by heat, I am of opinion that it receives a much greater quantity of heat than what is perceptible in it immediately after by the thermometer” - (fr:1890). “A greater quantity of heat enters into it, on this occasion, without making it apparently warmer” - (fr:1891).

L’evidenza è osservabile: “If we attend to the manner in which ice and snow melt, when exposed to the air of a warm room, or when a thaw succeeds to frost, we can easily perceive, that however cold they might be at the first, they are soon heated up to their melting point” - (fr:1897), eppure “the masses of ice or snow melt with a very slow progress, and require a long time” - (fr:1902). Se bastasse poco calore, “the mass, though of considerable size, ought all to be melted in a very few minutes or seconds more” - (fr:1898).

Mescolando ghiaccio e acqua calda: “I have, in the same manner, put a lump of ice into an equal quantity of water, heated to the temperature 176, and the result was, that the fluid was no hotter than water just ready to freeze” - (fr:1918). Il ghiaccio assorbe il calore senza aumentare la temperatura: “A great quantity, therefore, of the heat, or of the matter of heat, which enters into the melting ice, produces no other effect but to give it fluidity, without augmenting its sensible heat” - (fr:1913).

Nel congelamento, il fenomeno è ancora più evidente. Acqua raffreddata sotto lo zero rimane liquida finché non disturbata; allora “there is a sudden congelation, not of the whole, but of a small part only” - (fr:1930), e “this mixture of ice and water suddenly becomes warmer, and makes a thermometer, immersed in it, rise to the freezing point” - (fr:1931). Il calore nascosto emerge durante il passaggio di stato.

9.3 La vaporizzazione segue lo stesso principio

Durante l’ebollizione, “Subsequent additions of heat, therefore, in the same instant in which they enter the water, must convert into vapour that part which they thus affect” - (fr:1937), ma “its temperature is never increased, at least in that part which remains after long continued and violent boiling” - (fr:1939).

“The vapour, if examined with a thermometer, is found to be exactly of the same temperature as the boiling water from which it arose” - (fr:1947). Come nel ghiaccio che fonde, “a very great quantity of heat is necessary to the production of vapour, although the body be already heated to that temperature” - (fr:1944), e questo calore rimane nascosto nel vapore senza aumentarne la temperatura percepibile.

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[10.1-21-2049|2069]

10 Il calore generato dall’attrito nella perforazione di un cannone

L’esperimento dimostra che il calore prodotto dalla frizione non proviene dalla riduzione della capacità termica del metallo, bensì da un’altra fonte.

Nel corso dell’esperimento, “a cylindrical mercurial thermometer, whose bulb was of an inch in diameter, and 3)^ inches in length, was introduced into the hole made to receive it, in the side of the cylinder, when the mercury rose almost instantly to 130®” - (fr:2055) [un termometro cilindrico a mercurio, il cui bulbo aveva un pollice di diametro e 3½ pollici di lunghezza, fu introdotto nel foro praticato nel cilindro, e il mercurio salì quasi istantaneamente a 130°]. Dopo 30 minuti di rotazione (960 rivoluzioni), “the Heat indicated by It could not be very different from that of the mean temperature of the cylinder” - (fr:2056) [il calore indicato non poteva essere molto diverso dalla temperatura media del cilindro].

La quantità di calore prodotta era considerevole: “a quantity which actually raised the temperature of above 113 Ib. of gun-metal at least 70 degrees of Fahrenheit’s thermometer, and which, of course, would have been capable of melting 6½ lb. of ice, or of causing near 5 Ib. of ice-cold water to boil” - (fr:2059, 2060, 2061). Tuttavia, “the weight of this dust (837 grains Troy) amounted to no more than 1/9000th part of that of the cylinder” - (fr:2063), rendendo impossibile che il calore provenisse dalla riduzione della capacità termica del metallo polverizzato.

Gli esperimenti ripetuti confermarono che “I did not discover the smallest sign of exhaustion in the metal, notwithstanding the large quantities of Heat actually given off” - (fr:2066), escludendo definitivamente questa ipotesi.

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11 Davy e la natura del calore: il calore da attrito non è materia

Gli esperimenti di Davy dimostrano che il calore generato per attrito non proviene da una sostanza materiale, ma da movimento.

“He isolated sodium and potassium by means of the electric current and was the first to observe the electric arc.” - (fr:2121) Davy fu uno scienziato di rilievo nel campo della chimica e dell’elettricità, “for many years professor of chemistry at the Royal Institution and for seven years was president of the Royal Society” - (fr:2120).

Nel suo saggio sul calore, Davy affronta il dibattito filosofico sulla natura della repulsione tra le particelle. “The phaenomena of repulsion have been supposed, by the greater part of chemical philosophers, to depend on a peculiar elastic fluid; to which the names of latent heat, and caloric, have been given.” - (fr:2132) Tuttavia, “Other philosophers, dissatisfied with the evidences produced in favour of the existence of this fluid, and perceiving the generation of heat by friction and percussion, have supposed it to be motion.” - (fr:2136)

Davy decide di risolvere la questione sperimentalmente. Nel suo secondo esperimento, “two parallelopipedons of ice, of the temperature of 29°, six inches long, two wide, and two-thirds of an inch thick” - (fr:2147) vengono strofinati violentemente finché “They were almost entirely converted into water, which water was collected, and Its temperature ascertained to be 35°” - (fr:2149). Crucialmente, “the capacity of water for heat is much greater than that of ice; and ice must have an absolute quantity of heat added to it, before it can be converted into water.” - (fr:2151) Questo dimostra che “Friction consequently does not diminish the capacities of bodies for heat.” - (fr:2152)

Nel terzo esperimento, Davy pone un meccanismo a orologeria in contatto con ghiaccio in una camera quasi perfettamente vuota. “The wax rapidly melting, proved the increase of temperature.” - (fr:2164) Eppure “Had this ice given out caloric, the water on the top of it must have been frozen.” - (fr:2167) e “The water on the top of it was not frozen, consequently the ice did not give out caloric.” - (fr:2168)

La conclusione è definitiva: “Since (as is demonstrated by these experiments) it is produced in neither of these modes, it cannot be considered as matter.” - (fr:2173)

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[12.1-106-2442|2547]

12 La continuità tra stati gassoso e liquido della materia

Attraverso esperimenti controllati su anidride carbonica, Andrews dimostra che gas e liquidi non sono stati distinti ma rappresentano fasi estreme di un continuum fisico trasformabile senza interruzioni.

Thomas Andrews condusse ricerche sistematiche sulla liquefazione dei gas a partire dal 1861, chiarendo concetti precedentemente confusi sulla temperatura critica. “His researches on the liquefaction of gases were carried on for several years, beginning in They clarified the ideas which had been formerly indistinct about critical temperature.” - (fr:2454-2455)

Partendo dalle osservazioni di Cagniard de la Tour del 1822, Andrews sottopose liquidi come etere, alcol e acqua a riscaldamento in tubi sigillati, osservando che si convertivano in vapore in uno spazio da due a quattro volte il volume originale. Nei suoi esperimenti, “Oxygen, hydrogen, nitrogen, carbonic oxide, and nitric oxide were submitted to greater pressures than had previously been attained in glass tubes” - (fr:2465), ma nessuno mostrò liquefazione.

Il risultato cruciale riguardò l’anidride carbonica. Quando compressa gradualmente a 50°C fino a 150 atmosfere e poi raffreddata, “It begins with a gas, and by a series of gradual changes, presenting nowhere any abrupt alteration of volume or sudden evolution of heat, it ends with a liquid.” - (fr:2477) Crucialmente, “The closest observation fails to discover anywhere indications of a change of condition in the carbonic acid, or evidence, at any period of the process, of part of it being in one physical state and part in another.” - (fr:2478)

Andrews concluse che “The ordinary gaseous and ordinary liquid states are, in short, only widely separated forms of the same condition of matter, and may be made to pass into one another by a scries of gradations so gentle that the passage shall nowhere present any interruption or breach of continuity.” - (fr:2489) Questa continuità non è peculiare all’anidride carbonica: “The properties described in this communication, as exhibited by carbonic acid, are not peculiar to it, but are generally true of all bodies which can be obtained as gases and liquids.” - (fr:2507)

Ridefinì inoltre la distinzione tra vapore e gas: “We may accordingly define a vapour to be a gas at any temperature under its critical point.” - (fr:2516) Secondo questa definizione, “a vapour may, by pressure alone, be changed into a liquid, and may therefore exist in presence of its own liquid; while a gas cannot be liquefied by pressure” - (fr:2517).

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13 L’equivalenza tra movimento, forza di caduta e calore

Il calore non scompare né si crea dal nulla, ma rappresenta l’effetto della cessazione del movimento e della riduzione di volume della materia.

La ricerca di una connessione causale tra movimento e calore è fondamentale per spiegare i fenomeni termici. “Without the recognition of a causal connexion between motion and heat, it is just as difficult to explain the production of heat as it is to give any account of the motion that disappears” - (fr:2635).

L’evidenza sperimentale supporta questa relazione: “two pieces of ice may be melted by rubbing them together in vacuo” - (fr:2637), e “Water undergoes, as was found by the author, a rise of temperature when violently shaken” - (fr:2638). Poiché “the water so heated (from 12° to 13°C.) has a greater bulk after being shaken than it had before” - (fr:2639-2640), il calore non può derivare dalla compressione della materia.

Quando il movimento cessa e le particelle si avvicinano, il calore emerge. “We know that heat makes its appearance when the separate particles of a body approach nearer to each other: condensation produces heat” - (fr:2644). Questo principio vale sia a livello microscopico che macroscopico: “The falling of a weight is a real diminution of the bulk of the earth, and must therefore without doubt be related to the quantity of heat thereby developed” - (fr:2646).

La relazione è reversibile: “Just as heat appears as an effect of the diminution of bulk and of the cessation of motion, so also does heat disappears as a cause when its effects are produced in the shape of motion, expansion, or raising of weight” - (fr:2652). Nei mulini ad acqua e nelle locomotive, questa equivalenza si manifesta concretamente: “the heat applied under the boiler passes off as motion, and this is deposited again as heat at the axles of the wheels” - (fr:2654).

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14 La fondazione teorica della conservazione dell’energia

Dalla ricerca delle cause invariabili dei fenomeni naturali alla dimostrazione che le forze centrali sono il fondamento di ogni processo fisico.

La fisica teorica mira a ricondurre i fenomeni naturali a cause ultime e immutabili. “The final aim of the theoretic natural sciences is therefore to discover the ultimate and unchangeable causes of natural phaenomena” - (fr:2827) [Lo scopo finale delle scienze naturali teoriche è quindi scoprire le cause ultime e immutabili dei fenomeni naturali.]

Questo obiettivo richiede di identificare “unchangeable forces” - (fr:2841) [forze immutabili]. Se l’universo fosse composto di elementi con qualità invariabili, “the only alteration possible to such a system is an alteration of position, that is, motion” - (fr:2843) [l’unica alterazione possibile a tale sistema è un’alterazione di posizione, cioè il movimento]. Di conseguenza, i fenomeni naturali devono ricondursi “to motions of material particles possessing unchangeable moving forces, which are dependent upon conditions of space alone” - (fr:2844) [ai movimenti di particelle materiali dotate di forze motrici immutabili, che dipendono unicamente dalle condizioni di spazio].

Analizzando la natura della forza, essa “can only be conceived of as referring to the relation of at least two material bodies towards each other” - (fr:2847) [può essere concepita solo come riferentesi alla relazione di almeno due corpi materiali l’uno verso l’altro]. Poiché “a moving force, therefore, exerted by each upon the other, can only act so as to cause an alteration of their distance, that is, it must be either attractive or repulsive” - (fr:2849) [una forza motrice esercitata l’una sull’altra può agire solo causando un’alterazione della loro distanza, cioè deve essere attrattiva o repulsiva].

Il problema della scienza fisica diviene quindi: “to refer natural phaenomena back to unchangeable attractive and repulsive forces, whose intensity depends solely upon distance” - (fr:2850) [ricondurre i fenomeni naturali a forze attrattive e repulsive immutabili, la cui intensità dipende unicamente dalla distanza]. “The solvability of this problem is the condition of the complete comprehensibility of nature” - (fr:2851) [La risolvibilità di questo problema è la condizione della completa comprensibilità della natura].

[15]

[15.1-161-2909|3069]

15 La potenza motrice del calore e il ciclo di Carnot

Il lavoro prodotto da un motore termico dipende dal trasferimento di calore tra corpi a temperature diverse, non dalla sostanza utilizzata. Carnot dimostrò che il massimo rendimento si ottiene quando tutte le operazioni del ciclo sono reversibili.

Sadi Carnot, figlio del matematico Lazare Carnot e ufficiale dell’esercito francese, pubblicò nel 1824 un’opera fondamentale per la termodinamica. “In 1824 Camot published a paper entitled Reflexions sur la Puissance Molrice du Feu, which is fundamental in the history of thermodynamics” - (fr:2917). In questo lavoro “he introduced the conception of a cycle of operations and proved that the most efficient thermodynamic engine is one in which all the operations of the cycle are reversible” - (fr:2918).

La produzione di lavoro nei motori termici non deriva dal consumo del calore, ma dal suo trasferimento: “The production of motive power in the steam-engine is therefore not due to a real consumption of the caloric, but to its transfer from a hotter to a colder body” - (fr:2934). Carnot dimostrò che “the maximum motive power resulting from the use of steam is also the maximum motive power which can be obtained by any other means” - (fr:2964).

La condizione essenziale per raggiungere il massimo rendimento è che “no change of temperature occurs which is not due to a change of volume” - (fr:2970). Attraverso un ciclo di operazioni reversibili con un gas, Carnot provò che “The motive power of heat is independent of the agents employed to develop it; its quantity is determined solely by the temperatures of the bodies between which, in the final result, the transfer of the caloric occurs” - (fr:3019).

Sebbene la dimostrazione originale di Carnot contenesse errori dovuti all’assunzione della materialità del calore, “The principle is true, as was proved later by Clausius and Lord Kelvin” - (fr:2920), e i suoi appunti mostrano che “he had begun to doubt the truth of the doctrine of the materiality of heat and that he was planning experiments similar to those of Joule” - (fr:2921).

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[16.1-64-3404|3467]

16 Ludwig Boltzmann e la teoria cinetica dei gas

Fisico austriaco che sviluppò la relazione fondamentale tra entropia e probabilità nella teoria cinetica.

Ludwig Boltzmann nacque a Vienna nel 1844 e si laureò nel “From 1876 to 1890 he was professor of experimental and theoretical physics in Graz” - (fr:3409), per poi insegnare nelle università di Monaco, Vienna e Lipsia prima di tornare a Vienna, dove morì nel “Boltzmann was distinguished particularly for his researches in the kinetic theory of gases, which he developed contemporaneously with Maxwell” - (fr:3412).

Il suo contributo principale riguarda la relazione tra il secondo principio della termodinamica e la teoria delle probabilità. “An analytical proof of that law can be erected only on a foundation which is taken from the theory of probabilities” - (fr:3417). Boltzmann dimostrò che “an exact proof of the laws of equilibrium of heat is most easily obtained by showing that a certain quantity…can only diminish by the exchange of kinetic energy between the molecules of the gas” - (fr:3418).

L’intuizione centrale è che i sistemi evolvono verso stati più probabili: “The initial state will in most cases be a very improbable one and from it the system will progress toward more probable states, until it at last reaches the most probable state, that is, that of equilibrium of heat” - (fr:3422). Di conseguenza, “we can identify that quantity which we commonly designate as entropy with the probability of the actual state” - (fr:3423).

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[17.1-25-3513|3537]

17 La formazione dell’arcobaleno: il ruolo della rifrazione e della riflessione

Descartes spiega l’arcobaleno attraverso il tracciamento dei raggi luminosi nelle gocce d’acqua, dimostrando che colori specifici appaiono a determinati angoli a causa di rifrazione e riflessione.

Descartes identifica il meccanismo della formazione dell’arcobaleno tracciando il percorso dei raggi solari attraverso gocce d’acqua sferiche. “When I examined more particularly, in the globe BCD, what it was which made the part D appear red, I found that it was the rays of the sun which, coming from A to B, bend on entering the water at the point B, and pass to C, where they are reflected to D, and bending there again as they pass out of the water, proceed to the point E” - (fr:3516). L’arcobaleno principale risulta da due rifrazioni e una riflessione, mentre l’arcobaleno secondario richiede due rifrazioni e due riflessioni: “the first bow is caused by the rays which come to the eye after two refractions and one reflection, and the second by other rays which reach the eye only after two refractions and two reflections, so that it does not appear so often as the first one” - (fr:3518).

Per comprendere il fenomeno, Descartes lo confronta con un prisma di cristallo, scoprendo che “the curvature of the surface of the drops of water is not necessary for the production of the colors; for the surfaces of the crystal are plane” - (fr:3523). Attraverso esperimenti, stabilisce che sono necessari almeno una rifrazione non compensata, la luce e un’ombra che limiti la propagazione luminosa.

Il dato cruciale emerge dai calcoli geometrici: “after one reflection and two refractions there are many more rays which can be seen at an angle of from forty-one to forty-two degrees than at any smaller angle; and that there are none which can be seen at a larger angle” - (fr:3528). Analogamente, “after two reflections and two refractions, there are many more rays which come to the eye at an angle of from fifty-one to fifty-two degrees than at any larger angle” - (fr:3529). Questa concentrazione di raggi crea zone d’ombra che limitano la luce, producendo i colori osservati: “Thus there is a shadow on one side and the other, which limits the light which, after having passed through an infinity of drops of rain illuminated by the sun, comes to the eye, at the angle of forty-two degrees or a little less, and thus causes the first and principal rainbow” - (fr:3530).

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[18.1-91-3593|3683]

18 Il principio di Huygens e la teoria ondulatoria della luce

La propagazione della luce attraverso l’etere secondo il principio delle onde secondarie, con applicazioni a riflessione, rifrazione e doppia rifrazione.

Nel Traité de la Lumière (1690), Huygens presenta una teoria rivoluzionaria della luce basata su un principio fondamentale: “ogni particella della materia attraverso cui un’onda si propaga non solo comunica il suo movimento alla particella successiva sulla linea retta dal punto luminoso, ma necessariamente imprime movimento anche a tutte le altre particelle che la toccano” - (fr:3598). Questo genera “intorno a ogni particella un’onda di cui questa particella è il centro” - (fr:3599).

Huygens suppone che “la luce sia trasmessa attraverso un etere che riempie tutto lo spazio e passa liberamente attraverso i corpi materiali, per una sorta di elasticità messa in azione da urti o impulsi, come uno shock si trasmette attraverso una fila di sfere elastiche” - (fr:3596). Il principio spiega perché “la luce, almeno quando i suoi raggi non sono riflessi o rifratti, procede solo in linee rette in modo che non illumina alcun oggetto se il percorso dalla sorgente all’oggetto non è aperto lungo tale linea” - (fr:3611).

Per la riflessione, quando un’onda incontra una superficie piana levigata, le onde secondarie generate dai punti di contatto hanno una tangente comune che forma l’onda riflessa. Huygens dimostra che “l’angolo di riflessione è uguale all’angolo di incidenza” - (fr:3629), poiché “i triangoli ACB e BNA sono triangoli rettangoli con il lato AB comune e il lato CB uguale a NA, quindi gli angoli opposti a questi lati saranno uguali” - (fr:3630).

Per la rifrazione, quando l’onda passa in un mezzo trasparente dove la luce si propaga più lentamente, le onde secondarie hanno raggi ridotti proporzionalmente. “Se supponiamo che il mezzo trasmetta il movimento per un terzo più lentamente, il movimento si diffonde dal punto A attraverso un’estensione uguale ai due terzi di CB” - (fr:3643). Questo conduce alla legge fondamentale: “il seno dell’angolo di incidenza è sempre nello stesso rapporto al seno dell’angolo di rifrazione, e questo rapporto è lo stesso di quello della velocità delle onde nei due mezzi” - (fr:3656).

Per la doppia rifrazione nei cristalli di spato d’Islanda, Huygens introduce il concetto di “due diverse emanazioni di onde di luce” - (fr:3666). Oltre alle onde sferiche ordinarie, suppone “onde ellittiche o meglio sferoidi che si diffondono nell’etere distribuito nel cristallo e nelle particelle che lo compongono” - (fr:3669). “La posizione regolare di queste particelle potrebbe contribuire a formare onde sferoidi, dato che il movimento della luce procede un po’ più rapidamente in una direzione che in un’altra” - (fr:3670). Questa teoria spiega perché gli oggetti osservati attraverso il cristallo “appaiono tutti doppi, sebbene le immagini siano solo a una piccola distanza l’una dall’altra” - (fr:3673).

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[19.1-305-3703|4007]

19 La natura della luce: dalla rifrazione alla teoria ondulatoria

Dalle proprietà ottiche dei cristalli alle leggi della diffrazione e dell’interferenza: il percorso scientifico che ha rivelato la composizione della luce bianca e la sua natura ondulatoria.

Questo blocco di testo documenta l’evoluzione della comprensione della luce attraverso i contributi di quattro grandi scienziati.

Grimaldi e la scoperta della diffrazione

Francesco Maria Grimaldi, matematico gesuita bolognese (1613-1663), fu il primo a identificare un fenomeno ottico fondamentale. “Light is propagated or diffused not only directly, by refraction, and by reflection, but also in still a fourth way, — by diffraction” - (fr:3712). Nei suoi esperimenti con fori e ostacoli illuminati dal sole, Grimaldi osservò che “the shadow IL appears considerably larger in fact than it ought to be, if the whole thing is supposed to act by straight lines” - (fr:3719), e inoltre notò “certain tracts or bands of colored light” - (fr:3724) ai margini delle ombre, fenomeni che non potevano essere spiegati dalla sola ottica geometrica.

Newton e la composizione della luce bianca

Isaac Newton, nel 1666, scoprì che la luce bianca non è omogenea. Utilizzando un prisma, osservò che “the various thicknesses of the glass, or the termination with shadow or darkness, could have any influence on light to produce such an effect” - (fr:3764) non spiegavano l’allungamento dello spettro. Attraverso l’“Experimentum Crucis” - (fr:3776), Newton dimostrò che “light is not similar or homogenial, but consists of Difform Rays, some of which are more Refrangible than others” - (fr:3780). Stabilì inoltre che “Colours are not qualifications of light, derived from refractions, or reflections of natural bodies (as ’tis generally believed) but original and connate properties, which in divers rays are divers” - (fr:3784). Newton propose infine una teoria corpuscolare della luce, suggerendo che “the rays of Light [are] very small Bodies emitted from shining Substances” - (fr:3874).

Young e l’interferenza della luce

Thomas Young dimostrò sperimentalmente che “fringes of colours are produced by the interference of two portions of light” - (fr:3903). Nel suo esperimento cruciale con una sottile striscia di carta, osservò che “the shadow itself was divided by similar parallel fringes” - (fr:3909), e crucialmente, “all the fringes which had before been observed in the shadow on the wall immediately disappeared” - (fr:3911) quando una schermata bloccava uno dei due fasci di luce diffrattat. Young sviluppò una teoria ondulatoria coerente, affermando che “the light of any given colour [consists] of undulations, of a given breadth, or of a given frequency” - (fr:3914), e calcolò che “the breadth of the undulations constituting the extreme red light must be supposed to be, in air, about one 36 thousandth of an inch” - (fr:3924).

Malus e la polarizzazione

Étienne-Louis Malus scoprì che la luce riflessa da superfici trasparenti acquista proprietà particolari. “Light reflected by the surface of water at an angle of 52° 45’ with the vertical has all the characteristics of one of the beams produced by the double refraction of a crystal” - (fr:3979), fenomeno che chiamò polarizzazione. Malus osservò che “the ordinary ray, when it is refracted, gives up to partial reflection a part of its molecules” - (fr:3985), mentre il raggio straordinario si comportava diversamente, rivelando una struttura asimmetrica della luce.

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[20.1-105-4093|4197]

20 Polarizzazione della luce e fenomeni di interferenza

L’interferenza luminosa dipende dalla polarizzazione: raggi polarizzati in direzioni opposte non producono frange di interferenza, anche se sovrapposti.

Arago e Fresnel hanno condotto una serie di esperimenti sistematici sulla polarizzazione della luce e i suoi effetti sull’interferenza.

“The quantity d has not the same value for all the homogeneous rays: in the air it is equal to ® Jlooooo millimeters for the e.xtreme red rays of the spectrum and to ’^00000 only for the violet rays.”* - (fr:4096) [La quantità d non ha lo stesso valore per tutti i raggi omogenei: nell’aria è uguale a 0,0000 millimetri per i raggi rossi estremi dello spettro e a 0,0000 solo per i raggi violetti.]

Gli esperimenti iniziali hanno dimostrato che “rays polarized in the same sense influence each other wlien they meet in the same way as natural rays” - (fr:4106), mentre “the rays had crossed without influencing each other” - (fr:4113) quando polarizzati in direzioni opposte.

Attraverso esperimenti con cristalli di calcite e piastre di mica, i ricercatori hanno provato che “Two rays originally polarized in opposite senses can be brought to the same plane of polarization without thereby acquiring the power of affecting each other” - (fr:4155). Tuttavia, “Two rays polarized in opposite senses and brought to similar states of polarization affect each other like natural rays, if they come from a pencil originally polarized in one sense” - (fr:4184).

Le conclusioni finali stabiliscono che “In the phenomena of interference produced by rays which have experienced double refraction, the place of the fringes is not determined uniquely by the difference of the paths and of the velocities; and in certain circumstances which we have pointed out we must take account in addition of a difference of half a wave.” - (fr:4185)

[21]

[21.1-83-4326|4408]

21 La scoperta della fluorescenza: il cambiamento di rifrangibilità della luce

Quando la luce ultravioletta attraversa certe sostanze, viene trasformata in luce visibile di colore diverso. Un fenomeno universale che rivela proprietà nascoste della materia.

Sir David Brewster osservò “the same phenomenon in various vegetable solutions and essential oils, and in some solids” - (fr:4326), inizialmente attribuendolo a “coloured particles held in suspension” - (fr:4327). Tuttavia, il fascio disperso risultava in gran parte non polarizzato, il che contrastava con quanto ci si aspetterebbe da particelle sospese - (fr:4328).

L’autore del presente studio, ripetendo gli esperimenti di Brewster e Herschel, giunse a una conclusione rivoluzionaria: “in the process of internal dispersion the refrangibility of light had been changed” - (fr:4336). Sebbene “Startling as such a supposition might appear at first sight, the ease with which it accounted for the whole phenomenon was such as already to produce a strong probability of its truth” - (fr:4337).

Gli esperimenti confermarono il fenomeno. Quando “a glass vessel containing a weak solution of sulphate of quinine was placed in” uno spettro solare puro, “from a point about half-way between the fixed lines G and H to far beyond the extreme violet the incident rays gave rise to light of a sky-blue colour” - (fr:4344). La penetrazione della luce diminuiva rapidamente all’aumentare della rifrangibilità - (fr:4347).

Crucialmente, “the blue dispersed light corresponding to any particular part of the incident spectrum IS not homogeneous light” - (fr:4356), bensì composta da raggi con rifrangibilità diversa.

L’autore distinse tra “true internal dispersion and false internal dispersion, the latter being nothing more than the scattering of light which is produced by suspended particles” - (fr:4360). Il fenomeno risultò “almost universal in vegetable solutions” - (fr:4362), presente anche in “wood, cork, paper, calico, bone, ivory, horn, wool” e altre sostanze organiche comuni - (fr:4381).

Una legge universale emerge: “the refrangibility of light is always lowered by internal dispersion” - (fr:4395). Le applicazioni pratiche sono significative: il fenomeno consente di determinare “instantaneously the transparency or opacity of a solid or fluid with respect to the invisible rays more refrangible than the violet” - (fr:4400), e “the independent existence of one or more sensitive substances may frequently be observed in a mixture of various compounds” - (fr:4407).

[22]

[22.1-27-4411|4437]

22 La rotazione magnetica della polarizzazione della luce

Faraday dimostra sperimentalmente che un campo magnetico ruota il piano di polarizzazione della luce, stabilendo il primo legame diretto tra magnetismo e ottica.

Faraday affronta il problema della relazione tra luce ed elettricità partendo dal presupposto che “a magnetic field will rotate the plane of polarization of light” - (fr:4417). Per condurre l’esperimento, definisce preliminarmente i concetti fondamentali: “by line of magnetic force, or magnetic line of force, or magnetic curve, I mean that exercise of magnetic force which is exerted in the lines usually called magnetic curves” - (fr:4419), e “By diamagnetic, I mean a body through which lines of magnetic force are passing, and which does not by their action assume the usual magnetic state of iron or loadstone” - (fr:4421).

L’apparato sperimentale consiste in una luce polarizzata orizzontalmente che attraversa un vetro pesante (silicato borato di piombo) posizionato tra due potenti poli elettromagnetici. “A piece of this glass, about 2 inches square and ^ of an inch thick, having flat and polished edges, was placed as a diamagnetic between the poles” - (fr:4429). Quando il campo magnetico viene attivato, “immediately the image of the lamp-flame became visible, and continued so as long as the arrangement continued magnetic” - (fr:4430). Al cessare della corrente, la luce scompare istantaneamente.

Il fenomeno osservato è una rotazione: “The character of the force thus impressed upon the diamagnetic is that of rotation; for when the image of the lamp-flame has thus been rendered visible, revolution of the eye-piece to the right or left, more or less, will cause its extinction” - (fr:4433). La direzione della rotazione dipende dall’orientamento del campo magnetico. “When the pole nearest to the observer was a marked pole, i.e. the same as the north end of a magnetic needle, and the further pole was unmarked, the rotation of the ray was right-handed” - (fr:4434), mentre “When the poles were reversed, which was instantly done by changing the direction of the electric current, the rotation was changed also and became left-handed” - (fr:4435).

[23]

[23.1-45-4507|4551]

23 La formula di Balmer per le righe spettrali dell’idrogeno

Scoperta della legge matematica che rappresenta le lunghezze d’onda dello spettro dell’idrogeno, con verifiche sperimentali su misurazioni di diversi osservatori.

Nel 1885, a partire dalle misurazioni ultraviolette dello spettro dell’idrogeno, “I have undertaken to determine a formula which will represent the wave lengths of the different lines in a satisfactory manner” - (fr:4511), l’autore sviluppa una formula generale basata su un numero fondamentale.

“Angstrom’s very exact measurements of the four hydrogen lines made it possible to determine for their wave lengths a common factor” - (fr:4513). Questo fattore comune, ricavato dalle misurazioni di Ångström, viene denominato “the fundamental number of hydrogen” - (fr:4515), con valore b = 6.

La formula generale assume la forma (m²/m² − n²), dove m e n sono numeri interi. “For n = 1 we obtain the series” - (fr:4518) e “for n = 2 the series” - (fr:4519), generando diverse serie di righe spettrali.

Le verifiche sperimentali confermano l’accuratezza: “The variations of the formula from Angström’s observations amount in the most unfavorable case to not more than 1/40000 of a wave length” - (fr:4523). Inoltre, “the difference between the calculated and the observed wave-lengths is so small that the correspondence is in the highest degree striking” - (fr:4527) quando confrontata con le misurazioni di Vogel e Huggins sulle stelle bianche.

“All of these lines correspond to the formula” - (fr:4548), sebbene emergano piccole differenze sistematiche nelle osservazioni di Huggins.

[24]

[24.1-75-4939|5013]

24 La trasmissione dell’energia elettrica attraverso diversi materiali

Stephen Gray scopre che l’elettricità può trasmettersi a distanza, ma solo attraverso certi materiali; du Fay identifica due tipi di elettricità con proprietà opposte.

24.1 Esperimenti di Gray sulla conduzione

Gray dimostra che “l’electric vertue” può essere trasportata attraverso diversi supporti. Utilizzando un tubo di vetro strofinato e una sfera d’avorio, scopre che l’attrazione elettrica si trasmette sia attraverso bastoncini di legno che attraverso fili di ferro e ottone - “I then fixed the ball on longer sticks, first upon one of eight inches, and afterwards upon one of twenty-four inches long, and found the same effect” - (fr:4958). Persino un filo di lino sospeso funziona: “upon suspending the ball on the tube by a packthread about three foot long, when the tube had been excited by rubbing, the ivory ball attracted and repelled the leaf-brass over which it was held, as freely as it had done when it was suspended on sticks or wire” - (fr:4961).

Tuttavia, Gray scopre un limite cruciale nei trasferimenti orizzontali. Quando tenta di trasmettere l’elettricità lungo una linea orizzontale usando filo di ferro o ottone come supporto, l’esperimento fallisce: “that when the effluvia come to the wires or packthread that support the line, they pass by them to the timber to which each end of them is fixed, and so go no farther forward in the line that is to carry them to the ivory ball” - (fr:4989). La soluzione arriva quando usa filo di seta come supporto: “Accordingly an experiment was made July 2, 1729, at ten in the morning” - (fr:4972), e il risultato è sorprendente. Con una linea di comunicazione di 147 piedi supportata da seta, l’attrazione si trasmette perfettamente - “The whole length of the line was 147 foot” - (fr:4979). Aumentando ulteriormente la lunghezza a 293 piedi, “we found no sensible difference in the attraction” - (fr:4983).

24.2 La teoria dei due fluidi di du Fay

Du Fay identifica un principio fondamentale: “electrick bodies attract all those that are not so, and repel them as soon as they are become electrick, by the vicinity or contact of the electrick body” - (fr:4997). Questo spiega il ciclo di attrazione e repulsione: “Thus leaf-gold is first attracted by the tube; and acquires an electricity by approaching it; and of consequence is immediately repell’d by it” - (fr:4998).

La scoperta più significativa di du Fay è l’esistenza di due elettricità distinte: “This principle is, that there are two distinct electricities, very different from one another; one of which I call vitreous electricity, and the other resinous electricity” - (fr:5006). L’elettricità vitrea caratterizza il vetro, il cristallo e la lana; quella resinosa caratterizza l’ambra, la seta e la carta - “The first is that of glass, rock-crystal, precious stones, hair of animals, wool, and many other bodies; the second is that of amber, copal, gum-lack, silk, thread, paper, and a vast number of other substances” - (fr:5007).

La proprietà cruciale è che “a body of the vitreous electricity, for example, repels all such as are of the same electricity; and on the contrary, attracts all those of the resinous electricity” - (fr:5008). Così due nastri di seta si respingono reciprocamente, mentre un filo di lana e uno di seta si attraggono - “Two silk ribbons rendered electrical, will repel each other; two woolen threads will do the like; but a woolen thread and a silk thread will mutually attract one another” - (fr:5010).

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[25.1-85-5139|5223]

25 La bilancia di torsione di Coulomb e la legge dell’inverso del quadrato

Uno strumento di precisione per misurare le forze elettriche e magnetiche attraverso l’oscillazione di aghi sospesi.

Coulomb descrive un sofisticato apparato sperimentale costituito da una bilancia di torsione che consente di misurare forze estremamente piccole. “The upper part” - (fr:5139) contiene i componenti principali: “No. 1, carries the milled head b, the index lo, and the clamp q; this piece fits into the hole C of the piece No. 2; this piece No. 2 is made up of a circle ab divided on its edge into 360 degrees” - (fr:5140). Un sottile filo d’argento viene fissato in una morsa a forma di portamina, “shaped much like the end of a solid crayon holder, which is closed by means of the ring q” - (fr:5142), mentre l’altro capo è trattenuto da “a cylinder Po of copper or iron with a diameter of not more than a line, whose upper end P is split so as to form a clamp” - (fr:5144).

L’ago sospeso, “formed either of a silk thread soaked in Spanish wax or of a straw likewise soaked in Spanish wax” - (fr:5148), porta a un’estremità una pallina di midollo di sambuco e all’altra “a little vertical piece of paper soaked in terebinth, which serves as a counterweight for the ball a and which slows down the oscillations” - (fr:5150).

Esperimento sulla repulsione elettrica

Coulomb dimostra che “The repulsive force between two small spheres charged with the same sort of electricity is in the inverse ratio of the squares of the distances between the centers of the two spheres” - (fr:5156). Nel primo esperimento, con l’indice del micrometro a zero, le due palline si separano di 36 gradi. Nel secondo, torcendo il filo di sospensione di 126 gradi, le palline si avvicinano a 18 gradi di distanza. Nel terzo, con una torsione di 567 gradi, la distanza si riduce a 8 gradi e mezzo. “It results then from these three trials that the repulsive action which the two balls exert on each other when they are electrified similarly is in the inverse ratio of the square of the distances” - (fr:5170).

Esperimento sull’attrazione elettrica

Un secondo metodo utilizza un ago orizzontale sospeso da una fibra di seta, con una piccola piastra elettrizzata a un’estremità. “We suspend a needle horizontally, of which the end only is electrified and which, when brought to a certain distance from a sphere, electrified with the other sort of electricity, is attracted and oscillates” - (fr:5180). Misurando il numero di oscillazioni a diverse distanze, Coulomb verifica che “the mutual attraction of the electric fluid which is called positive on the electric fluid which is ordinarily called negative is in the inverse ratio of the square of the distances” - (fr:5207).

Legge della forza magnetica

Lo stesso principio vale per i magneti. “The magnetic fluid acts by attraction or repulsion in a ratio compounded directly of the density of the fluid and inversely of the square of the distance of its molecules” - (fr:5209). Sospendendo un ago magnetico e misurando le oscillazioni indotte da un filo d’acciaio magnetizzato a distanze crescenti, Coulomb conferma che la forza magnetica segue la medesima legge dell’inverso del quadrato della distanza.

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[26.1-25-5279|5303]

26 L’elettricità animale: esperimenti con metalli e conduttori

Variando i materiali conduttori e non conduttori, Galvani dimostra che le contrazioni muscolari della rana dipendono da un circuito elettrico interno all’animale.

Gli esperimenti ripetuti con metalli diversi producono contrazioni muscolari di intensità variabile: “I repeated the experiment by using other metals at other places and on other hours and days; with the same result, only that the contractions were different when different metals were used, being more lively for some and more sluggish for the others” - (fr:5279).

Il dato cruciale emerge quando si usano materiali non conduttori. “At last it occurred to us to use other bodies which conduct electricity only a little or not at all, made of glass, rubber, resin, stone or wood and always dried, and with these nothing similar occurred, no muscular contractions and motions could be seen” - (fr:5280). Questo risultato suggerisce che “possibly the electricity was present in the animal itself” - (fr:5281).

Posizionando la rana su una piastra isolante e toccando il midollo spinale con un’asta conduttrice, le contrazioni si verificano; con un’asta non conduttrice no. “In this experiment, when we used the conducting rod, we saw the contractions occur, but when we used the rod which was non-conducting, there were no contractions” - (fr:5284-5286).

L’effetto si amplifica combinando metalli diversi: “if one of them was iron and the other brass, or better if it was silver (silver seems to us the best of all the metals for conducting animal electricity) there occur repeated and much greater and more prolonged contractions” - (fr:5297). Persino “if you put a zinc strip at one place and a brass strip at the other, the contractions are usually much greater than when metal strips of the same sort are used” - (fr:5300).

[27]

[27.1-25-5477|5501]

27 La legge di Biot e Savart: esperimenti sulla magnetizzazione dei conduttori elettrici

Determinazione sperimentale delle forze magnetiche attorno a un conduttore percorso da corrente elettrica.

Nel 1820 Biot e Savart presentarono all’Accademia delle Scienze uno studio sistematico sulla magnetizzazione dei corpi da parte di fili metallici collegati a una pila voltaica. “Undertake to determine by accurate measurement the physical laws according to which metallic wires connected with the two poles of the voltaic apparatus act on magnetized bodies” - (fr:5496) [Si proposero di determinare mediante misurazioni precise le leggi fisiche secondo cui i fili metallici collegati ai poli dell’apparato voltaico agiscono sui corpi magnetizzati].

Gli esperimenti utilizzavano aste di acciaio magnetizzate sospese con fibre di seta, misurandone i tempi di oscillazione e le posizioni di equilibrio a diverse distanze dal conduttore. “The action of the earth’s magnetism was sometimes combined with that of the wire, sometimes compensated for and destroyed by the opposing action of an artificial magnet placed at a distance” - (fr:5498) [L’azione del magnetismo terrestre veniva talvolta combinata con quella del filo, talvolta compensata e annullata dall’azione opposta di un magnete artificiale posto a distanza]. L’apparato impiegava una vasca con dieci coppie di elementi, ciascuno con superficie di un decimetro quadrato, e le osservazioni erano sincronizzate con un cronometro di precisione.

I risultati mostrarono che la forza elettrica segue un percorso a spirale: “negatively electric force or matter runs through a spiral line bending to the right, and propels the northern pole, but does not act at all upon the southern” - (fr:5479) [la forza o materia elettrica negativa percorre una linea a spirale curvata verso destra e spinge il polo nord, ma non agisce affatto sul polo sud]. Analogamente, “force or matter positively electrified a contrary motion and the power of acting on the southern pole but not on the northern” - (fr:5480) [la forza o materia positivamente elettrificata ha un moto contrario e il potere di agire sul polo sud ma non su quello nord].

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28 Ampère e la teoria dell’elettrodinamica

La fondazione scientifica dei fenomeni elettromagnetici attraverso l’esperienza e la nomenclatura innovativa

Ampère sviluppa una teoria unificata dei fenomeni elettromagnetici distinguendo due stati fondamentali dell’elettricità: la “tensione elettrica” e la “corrente elettrica”. “Electromotive action is manifested by two sorts of effects which I believe I should first distinguish by precise definitions” - (fr:5583). La tensione si manifesta quando corpi non conduttori separano i poli, mentre la corrente emerge in circuiti conduttori chiusi.

Per descrivere questi fenomeni, Ampère introduce la terminologia “electrodynamic” anziché “electromagnetic”: “I have determined to use the word electrodynamic in order to unite under a common name all these phenomena, and particularly to designate those which I have observed between two voltaic conductors” - (fr:5578). Questa scelta riflette il carattere essenziale dei fenomeni: “It expresses their true character, that of being produced by electricity in motion” - (fr:5579).

L’innovazione cruciale è lo strumento di misura: “This instrument now exists” - (fr:5606), il galvanometro, che utilizza l’ago magnetico per rilevare le correnti. “the austral pole of the needle is carried to the left of the current which acts on the needle” - (fr:5609).

Ampère scopre che correnti parallele si attraggono o si respingono secondo la loro direzione: “when I passed a current of electricity in both of these wires at once they attracted each other when the two currents were in the same sense and repelled each other when they were in opposite senses” - (fr:5620). Crucialmente, “two electric currents attract or repel in vacuum as in air” - (fr:5623), differenziandosi dall’elettricità statica.

La teoria culmina nell’identificazione del magnetismo con l’elettricità in movimento: “the phenomena of the magnet are produced by electricity and that there is no other difference between the two poles of a magnet than their positions with respect to the currents of which the magnet is composed” - (fr:5646). Ampère propone il “solenoid” - (fr:5650), un’assemblaggio di circuiti chiusi che riproduce gli effetti magnetici, dimostrando che “all the calculations and all the explanations based on the consideration of the attractive and repulsive forces” - (fr:5654) rimangono identiche sia interpretando il magnetismo attraverso fluidi magnetici sia attraverso correnti elettriche.

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29 Induzione elettromagnetica: dalla corrente voltaica al magnetismo

La corrente voltaica induce brevemente correnti parallele in circuiti vicini, con direzione opposta al momento della chiusura e identica al momento dell’apertura del circuito.

Faraday dimostra che “quando il contatto era fatto, c’era un effetto improvviso e molto leggero al galvanometro, e c’era anche un effetto simile quando il contatto con la batteria era interrotto” - (fr:5867), mentre “durante il passaggio della corrente voltaica attraverso un’elica, non si potevano percepire effetti galvanometrici né alcun effetto di induzione sull’altra elica” - (fr:5868).

L’effetto si manifesta solo nei momenti di transizione. Sostituendo il galvanometro con un’elica contenente un ago d’acciaio, “l’ago risultò magnetizzato” - (fr:5874) quando la batteria era collegata e poi scollegata. Cruciale è che “quando l’ago non magnetizzato era messo nell’elica indicatrice prima del contatto e vi rimaneva fino all’interruzione, mostrava poco o nessun magnetismo; il primo effetto era stato quasi neutralizzato dal secondo” - (fr:5880).

La ricerca rivela un’asimmetria: “la forza della corrente indotta al momento del contatto risultò sempre superiore a quella al momento dell’interruzione” - (fr:5881). Faraday propone di chiamare questo fenomeno “volta-electric induction” - (fr:5921).

Esperimenti con fili in movimento mostrano che “quando i fili si avvicinavano, la corrente indotta era in direzione contraria alla corrente inducente” - (fr:5895), mentre “quando i fili si allontanavano, la corrente indotta era nella stessa direzione della corrente inducente” - (fr:5896).

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30 Esperimenti sulla trasmissione di corrente elettrica attraverso diversi conduttori

Faraday confronta gli effetti elettrici prodotti da vari tipi di conduttori, scoprendo che l’avvolgimento a spirale amplifica notevolmente i fenomeni rispetto al filo rettilineo.

Faraday costruì diversi apparati per studiare come la forma del conduttore influisce sulla trasmissione della corrente. L’elettromagnete principale era “un cilindro di ferro dolce di venticinque pollici di lunghezza e uno pollice e tre quarti di diametro, piegato a anello e circondato da tre bobine di filo di rame spesso” - (fr:6052). Quando utilizzato per completare il circuito, “non c’era scintilla sensibile al contatto, ma al distacco del contatto c’era una scintilla molto grande e luminosa, con considerevole combustione del mercurio” - (fr:6064). Anche con una semplice elica di rame, “c’era una buona scintilla al distacco del contatto, ma nessuna (sensibilmente) al contatto” - (fr:6068).

Il confronto sistematico rivelò la superiorità della configurazione a spirale. “Il potere di produrre questi fenomeni esiste quindi nella semplice elica, come nell’elettromagnete, sebbene in nessun modo nello stesso alto grado” - (fr:6074). Quando Faraday testò “un filo di rame di 0,18 pollici di diametro e 132 piedi di lunghezza” - (fr:6081) disteso sul pavimento, gli effetti furono molto minori. Nel confronto diretto, “l’elica i, contenente novantasei piedi, e novantasei piedi dello stesso filo disteso sul pavimento del laboratorio, furono usati alternatamente come conduttori: il primo diede una scintilla molto più luminosa al momento della disgiunzione rispetto a quest’ultimo” - (fr:6086). Persino “un filo di rame di sessantasette piedi piegato nel mezzo in modo da formare una doppia terminazione” - (fr:6090), quando metà era avvolta a spirale, “diede di gran lunga la scintilla più forte” - (fr:6091).

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31 Teoria elettromagnetica del campo e della luce

La propagazione di disturbi elettromagnetici attraverso il mezzo etere spiega i fenomeni ottici e rivela l’unità profonda tra elettricità, magnetismo e luce.

Il comportamento dei dielettrici rivela la natura elastica del campo elettromagnetico. “This displacement does not amount to a current, because when it has attained to a certain value it remains constant, but it is the commencement of a current” - (fr:6701) [Questo spostamento non costituisce una corrente, perché quando raggiunge un certo valore rimane costante, ma è l’inizio di una corrente]. La relazione tra forza elettromotrice e spostamento elettrico dipende dal materiale: “the same electromotive force producing generally a greater electric displacement in solid dielectrics, such as glass or sulphur, than in air” - (fr:6703) [la stessa forza elettromotrice produce generalmente uno spostamento elettrico maggiore nei dielettrici solidi, come il vetro o lo zolfo, che nell’aria].

Lo studio sperimentale è complicato da due fenomeni: “The first is the conductivity of the dielectric” - (fr:6706) e “The second is the phenomenon called electric absorption, in virtue of which, when the dielectric is exposed to electromotive force, the electric displacement gradually increases” - (fr:6707) [il secondo è il fenomeno dell’assorbimento elettrico, per cui quando il dielettrico è esposto a forza elettromotrice, lo spostamento elettrico aumenta gradualmente].

Questi comportamenti suggeriscono che “there is an aethereal medium pervading all bodies” - (fr:6713) [esiste un mezzo etere che permea tutti i corpi], capace di trasmettere forze attraverso connessioni elastiche. Le equazioni generali del campo elettromagnetico descrivono le relazioni tra spostamento elettrico, corrente magnetica e forza elettromotrice.

L’applicazione cruciale riguarda la propagazione: “the only disturbances which can be so propagated are those which are transverse to the direction of propagation, and that the velocity of propagation is the velocity v” - (fr:6742) [i soli disturbi che possono propagarsi sono quelli trasversali alla direzione di propagazione, e la velocità di propagazione è la velocità v]. “This velocity is so nearly that of light, that it seems we have strong reason to conclude that light itself (including radiant heat, and other radiations if any) is an electromagnetic disturbance” - (fr:6743) [questa velocità è così prossima a quella della luce, che sembra abbiamo forti ragioni per concludere che la luce stessa è un disturbo elettromagnetico].

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32 L’effetto Hall: la deflessione della corrente elettrica in campo magnetico

Esperimento sulla pressione esercitata da un campo magnetico su una corrente elettrica in un conduttore fisso.

Quando una corrente elettrica attraversa un conduttore sottile immerso in un campo magnetico perpendicolare, il campo magnetico esercita una pressione sulla corrente senza spostarla, creando una differenza di potenziale tra i lati opposti del conduttore.

Hall partì da una riflessione teorica: “Se la corrente di elettricità in un conduttore fisso è essa stessa attratta da un magnete, la corrente dovrebbe essere trascinata verso un lato del filo, e quindi la resistenza sperimentata dovrebbe aumentare” - (fr:6855). Inizialmente, misurando con estrema precisione le variazioni di resistenza di una spirale di filo tra i poli di un elettromagnete, non rilevò cambiamenti significativi - (fr:6864, 6865, 6866).

Tuttavia, considerò che “se l’elettricità è assunta come un fluido incomprimibile, possiamo concepire che la corrente di elettricità che scorre in un filo non possa essere forzata verso un lato del filo” - (fr:6868), ma potrebbe comunque crearsi “uno stato di stress nel conduttore, l’elettricità premendo, per così dire, verso un lato del filo” - (fr:6870). Decise quindi di testare “una differenza di potenziale tra punti su lati opposti del conduttore” - (fr:6871).

Utilizzando una sottile lamina d’oro montata su vetro, “riuscì il 28 ottobre a ottenere, come effetto dell’azione del magnete, una deflessione decisa dell’ago del galvanometro” - (fr:6877). Questo effetto era “una deflessione permanente, e quindi non poteva essere spiegata dall’induzione” - (fr:6879), e “i fenomeni osservati erano esattamente quelli che ci aspetteremmo di vedere se la corrente elettrica fosse premuta, ma non mossa, verso un lato del conduttore” - (fr:6882).

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33 Proprietà ondulatorie dei raggi elettromagnetici

Esperimenti sistematici sulla propagazione rettilinea, polarizzazione, riflessione e rifrazione di onde elettromagnetiche generate da oscillatori e riflettori parabolici.

Gli esperimenti dimostrano che i raggi elettromagnetici si propagano in linea retta e sono completamente bloccati da schermi conduttori. “If a screen of sheet zinc 2 metres high and 1 metre broad is placed on the straight line joining both mirrors, and at right angles to the direction of the ray, the secondary sparks disappear completely” - (fr:7032). Gli isolanti invece non ostacolano il passaggio: “Insulators do not stop the ray — it passes right through a wooden partition or door” - (fr:7035).

I raggi risultano polarizzati trasversalmente. “From the mode in which our ray was produced we can have no doubt whatever that it consists of transverse vibrations and is plane-polarised in the optical sense” - (fr:7043). Ruotando il ricevitore fino a rendere perpendicolari i piani di oscillazione, “no sparks whatever are obtained even if the mirrors are moved close up to one another” - (fr:7045). Uno schermo di fili di rame si comporta come un polarizzatore: “the screen behaves towards our ray just as a tourmaline plate behaves towards a plane-polarised ray of light” - (fr:7052).

La riflessione segue le leggi dell’ottica. “the reflection is regular, not diffuse” - (fr:7072), e “the angles of incidence and reflection are equal” - (fr:7080). Anche la rifrazione avviene secondo le leggi ottiche: “A refracting angle of 30° and a deviation of 22° in the neighbourhood of the minimum deviation corresponds to a refractive index of 69” - (fr:7117).

Questi risultati confermano l’identità tra onde elettromagnetiche e luce: “The experiments described appear to me, fit any rate, eminently adapted to remove any doubt as to the identity of light, radiant heat, and electro-magnetic wave-motion” - (fr:7120).

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34 Fenomeni di scarica catodica: raggi molecolari e ombre proiettate

Raggi paralleli dal catodo e proiezioni d’ombra nitide a vuoto spinto.

A vuoto molto spinto (intorno a 30 milionesimi di millimetro), la scarica elettrica in tubi rarefatti produce fenomeni distinti. “When the exhaustion approaches 30 M, a new phenomenon makes its appearance” - (fr:7195). Il catodo emette raggi quasi paralleli che, “at considerable distances from the cathode, with suitable exhaustion, there remains a beam of nearly parallel rays of glow” - (fr:7184), generano una luce fosforescente verde-gialla dove colpiscono il vetro. Questa luminescenza “only appears in its full intensity when the dark space surrounding the negative pole extends to the surface of the bulb” - (fr:7203) e il suo colore dipende dal tipo di vetro: “Most of my apparatus are made of soft German glass, and this gives a phosphorescent light of a greenish-yellow colour” - (fr:7206).

I raggi molecolari dal catodo si comportano in modo peculiare: “The molecular ray which gives birth to green light absolutely refuses to turn a corner, and radiates from the negative pole in straight lines, casting strong and sharply-defined shadows” - (fr:7212-7213). Questo consente di proiettare ombre nitide di oggetti interposti. “The best and sharpest shadows are cast by the flat disks” - (fr:7232), mentre “The shadows thrown by the pointed poles are faint and undecided in outline” - (fr:7233). Crucialmente, “The positive pole, in fact, seems to have little or nothing to do with the phenomena” - (fr:7230): solo il catodo determina la proiezione dell’ombra, indipendentemente da quale sia l’anodo.

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35 Raggi catodici: natura materiale e carica elettrica

Esperimenti sulla composizione dei raggi catodici confermano la teoria delle particelle cariche negativamente, non quella dell’etere.

Thomson sottopone a verifica sperimentale la natura dei raggi catodici, contrapponendo due teorie dominanti. “The most diverse opinions are held as to these rays; according to the almost unanimous opinion of German physicists they are due to some process in the aether… another view of these rays is that, so far from being wholly aetherial, they are in fact wholly material, and that they mark the paths of particles of matter charged with negative electricity” - (fr:7520). La teoria delle particelle cariche presenta un vantaggio decisivo: “The electrified-particle theory has for purposes of research a great advantage over the aetherial theory, since it is definite and its consequences can be predicted” - (fr:7522).

Per testare questa ipotesi, Thomson modifica l’apparato sperimentale inserendo un diaframma metallico tra il cilindro di Faraday e l’apertura di ingresso. “When N was cathode the cathode rays emitted from it passed without difficulty through the two openings and made the gold leaves of the electroscope diverge strongly” - (fr:7502). Quando invece il cilindro protettivo era catodo, il flusso positivo produceva effetti minimi, aumentando solo a pressioni molto basse. “By the use of a magnet we could completely suppress this action” - (fr:7505).

I risultati supportano la teoria materiale. “In the neighborhood of the cathode the electric field is sufficiently intense to break into pieces, or ions, some of the molecules of the residual gas. The negative ions move toward the region where the potential increases, acquire a considerable velocity, and form the cathode rays” - (fr:7508, fr:7509). “The positive ions move in the opposite sense; they form a diffuse cloud that is affected by a magnet and is not a radiation properly so called” - (fr:7510).

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36 La trasparenza dei raggi X attraverso la materia

I raggi X penetrano la maggior parte dei materiali con intensità variabile, permettendo di osservarne la struttura interna attraverso l’ombra proiettata.

I raggi X dimostrano una proprietà fondamentale: “all bodies are transparent to this agent, though in very different degrees” - (fr:7734). La trasparenza varia notevolmente secondo il materiale. “Paper is very transparent; behind a bound book of about one thousand pages I saw the fluorescent screen light up brightly, the printers’ ink offering scarcely a noticeable hindrance” - (fr:7735). Anche materiali densi risultano permeabili: “Thick blocks of wood are also transparent, pine boards two or three centimetres thick absorbing only slightly” - (fr:7738), mentre “A plate of aluminium about fifteen millimetres thick, though it enfeebled the action seriously, did not cause the fluorescence to disappear entirely” - (fr:7739).

I metalli mostrano comportamenti differenziati. “Platinum of a thickness of 2 millimetre is still transparent; the silver and copper plates may even be thicker” - (fr:7746), ma “Lead of a thickness of 5 millimetres is practically opaque” - (fr:7747). Un effetto notevole si osserva con il corpo umano: “If the hand be held between the discharge-tube and the screen, the darker shadow of the bones is seen within the slightly dark shadow-image of the hand itself” - (fr:7742).

La proprietà di penetrazione permette applicazioni pratiche: “The photographic impressions can be obtained in a non-darkened room with the photographic plates either in the holders or wrapped up in paper” - (fr:7757), sebbene “undeveloped plates cannot be left for a long time in the neighborhood of the discharge-tube, if they are protected merely by the usual covering of paste-board and paper” - (fr:7758).

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37 Scoperta di polonio e radio nei minerali di uranio

I Curie isolano due nuovi elementi radioattivi dalla pechblenda attraverso analisi sistematica dell’attività di emissione.

I minerali contenenti uranio e torio, come la pechblenda, mostrano un’attività di emissione di raggi molto superiore a quella dei singoli metalli. “One of us has already shown that their activity is greater than that of uranium and thorium, and has expressed the opinion that this effect arises from some other very active substance contained in these minerals in small quantity” - (fr:7927).

Guidati dalla misurazione sistematica della conduttività dell’aria prodotta dai prodotti chimici separati, i ricercatori isolarono progressivamente sostanze sempre più attive. “Finally, we obtained a substance whose activity is about 400 times greater than that of uranium” - (fr:7940). Dopo aver escluso tutti gli elementi noti come radioattivi, conclusero che “the substance which we removed from pitch blende contains a metal which has not yet been known, similar to bismuth in its chemical properties” - (fr:7944), denominato polonium - (fr:7945).

Proseguendo le ricerche, scoprirono una seconda sostanza fortemente radioattiva con proprietà chimiche completamente diverse. “This substance stands near bismuth in its chemical properties” - (fr:7947), ma presentava caratteristiche di bario. “The new radioactive substance that we have found presents the chemical aspects of almost pure barium” - (fr:7951), tuttavia “it gives the spectrum of barium, which is easy to recognize” - (fr:7952). L’analisi spettrale rivelò una riga sconosciuta che aumentava d’intensità con l’attività radioattiva, confermando la presenza di un nuovo elemento: il radium - (fr:7969).

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