Roller - The Development of the Concept of Electric Charge | L | +

25 Apr, 2026

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1 Il discrimine agostiniano e la separazione dei fenomeni: ambra e magnete dall’antichità al Rinascimento scientifico

Il resoconto agostiniano dell’effetto ambra e del magnetismo, con la sua esigenza di verificabilità, la lunga stagione medievale e la rinascita del XII-XIII secolo pongono le basi per intendere l’effetto ambra come classe di sostanze distinta dal magnetismo.

Un’efficace sintesi delle antiche conoscenze occidentali sull’ambra e i fenomeni magnetici si trova ne La città di Dio (428 d.C.) di sant’Agostino, il grande filosofo della Chiesa delle origini. “A good factual summary of the early western knowledge of amber and magnetic phenomena appears in The city of God (De civitate Dei, A.D. 428) of Saint Augustine, the great philosopher of the early Christian church.” – (fr:45) [Un buon riassunto fattuale delle prime conoscenze occidentali sull’ambra e sui fenomeni magnetici compare ne La città di Dio (De civitate Dei, 428 d.C.) di Sant’Agostino, il grande filosofo della Chiesa delle origini.] Di notevole rilievo è la sua dichiarazione: “For my own part, I do not wish all the marvels I have cited to be rashly accepted, for I do not myself believe them implicitly, save those that have either come under my observation or that anyone can readily verify, such as . . . the magnet, which by its mysterious or sensible suction attracts the iron, but has no effect on a straw.” – (fr:46) [Per parte mia, non desidero che tutte le meraviglie che ho citato siano accettate con leggerezza, perché io stesso non vi credo implicitamente, eccetto quelle che sono cadute sotto la mia osservazione o che chiunque può agevolmente verificare, come … la calamita, che con la sua misteriosa o sensibile suzione attrae il ferro ma non ha alcun effetto su una pagliuzza.] La cura nel distinguere tra conoscenza verificabile e non verificabile è infatti un tratto distintivo dell’opera agostiniana. “This care in distinguishing between verifiable and unverifiable knowledge is a characteristic of Augustine’s work.” – (fr:47) [Questa cura nel distinguere tra conoscenza verificabile e non verificabile è una caratteristica dell’opera di Agostino.]

Come Plutarco prima di lui, Agostino osservò che la calamita muove il ferro ma non le pagliuzze – una differenza che lo sorprendeva, data la convinzione corrente di una sostanziale somiglianza tra l’attrazione magnetica e quella dell’ambra. “Like Plutarch before him, Augustine noted that a magnet moves iron, but not straws — a difference which surprised him in view of the current belief in the essential similarity of magnetic and amber ‘attraction.’” – (fr:48) [Come Plutarco prima di lui, Agostino notò che una calamita muove il ferro ma non le pagliuzze – una differenza che lo sorprendeva, vista la convinzione corrente dell’essenziale somiglianza tra l’‘attrazione’ magnetica e quella dell’ambra.] Tuttavia Agostino non approfondì ulteriormente tali questioni; preferì servirsene per i suoi più ampi scopi religiosi e morali. “Without pursuing such matters further, he proceeded instead to make good use of them for his larger religious and moral purposes.” – (fr:49) [Senza approfondire ulteriormente tali questioni, procedette invece a farne buon uso per i suoi più ampi scopi religiosi e morali.] Se fenomeni così comuni sono inesplicabili, si chiedeva, perché si dovrebbe pretendere che l’uomo spieghi i miracoli con la ragione umana? “If such common phenomena are inexplicable, he asked, why should it be demanded of man that he explain miracles by human reason?” – (fr:50) [Se tali fenomeni comuni sono inesplicabili, chiedeva, perché si dovrebbe pretendere che l’uomo spieghi i miracoli con la ragione umana?]

Per molti secoli dopo Agostino, le questioni religiose e morali assorbirono l’attenzione dei dotti della cristianità occidentale; la ricerca degli affari mondani e del sapere secolare appariva, al confronto, poco interessante o raccomandabile. “Matters religious and moral were increasingly to absorb the attention of the scholars of Western Christendom for many centuries after Augustine; the pursuit of mundane affairs and secular learning seemed, by comparison, to hold little that was interesting or commendable.” – (fr:51) [Le questioni religiose e morali assorbirono sempre più l’attenzione degli studiosi della cristianità occidentale per molti secoli dopo Agostino; la ricerca degli affari mondani e del sapere secolare sembrava, al confronto, offrire poco di interessante o lodevole.] Tuttavia le scuole e gli studiosi medievali, pur senza incoraggiare la filosofia secolare, resero un servizio notevole alla scienza futura, preservando e rafforzando alcune attitudini tipiche della cultura greco-romana: un forte rispetto per la legge, la disposizione a pensare in termini generali, abitudini di pensiero ordinato e un sentimento dell’esistenza di un ordine, se non nelle cose secolari, almeno in quelle religiose. “Medieval schools and scholars did not encourage secular philosophy, but they were to perform a notable service for the secular science of the future by preserving and reinforcing certain attitudes characteristic of Greek and Roman culture: strong respect for law, willingness to think in general terms, habits of orderly thought, and a feeling for the existence of order in matters religious if not secular.” – (fr:52) [Le scuole e gli studiosi medievali non incoraggiavano la filosofia secolare, ma resero un servizio notevole alla scienza secolare futura preservando e rafforzando certe attitudini caratteristiche della cultura greca e romana: forte rispetto per la legge, disponibilità a pensare in termini generali, abitudini di pensiero ordinato e un sentimento dell’esistenza di un ordine nelle cose religiose se non in quelle secolari.]

Sono gli inizi di una rinascita scientifica. “The beginnings of a scientific renaissance.” – (fr:53) [Gli inizi di una rinascita scientifica.] Un deciso risveglio dell’interesse per il sapere secolare fra gli studiosi giunse soltanto nel XII e XIII secolo, dopo l’introduzione in Europa occidentale di molti trattati greci. “A pronounced revival of interest in secular knowledge among scholars came only in the 12th and 13th centuries, after the introduction into Western Europe of many Greek treatises.” – (fr:54) [Un pronunciato risveglio di interesse per la conoscenza secolare fra gli studiosi giunse soltanto nel XII e XIII secolo, dopo l’introduzione nell’Europa occidentale di molti trattati greci.] In questo periodo era ormai largamente noto che una calamita posta, ad esempio, in una ciotola di legno galleggiante sull’acqua si orientava in modo che una sua parte indicasse sempre il nord. “By this time it was widely known that a loadstone placed in, say, a wooden bowl floating on water would turn so that one part of it was always toward the north.” – (fr:55) [In quel tempo era largamente noto che una calamita posta, per esempio, in una ciotola di legno galleggiante sull’acqua si girava in modo che una sua parte fosse sempre rivolta verso nord.] Si era inoltre scoperto che un ago di ferro magnetizzato, montato su un pezzetto di legno galleggiante, indicava il nord in modo analogo. “Furthermore, it had been found that a magnetized iron needle mounted on a short piece of wood floating in water would point north in a similar fashion.” – (fr:56) [Inoltre si era trovato che un ago di ferro magnetizzato montato su un corto pezzo di legno galleggiante in acqua indicava il nord in modo simile.]

Questo importante strumento di navigazione, la bussola marinaresca, non solo diresse l’interesse scientifico verso la calamita – e quindi verso l’ambra – ma l’osservazione che un pezzo di ambra, anche strofinato, non punta in una direzione particolare costituì un’ulteriore prova che condusse infine a studiare l’effetto ambra come fenomeno separato dal magnetismo. “Not only did this important navigational instrument, the mariner’s compass, direct scientific interest toward the loadstone — and hence toward amber — but the observation that a piece of amber does not point in a particular direction, even when rubbed, was one more piece of evidence that eventually led to the study of the amber effect as a phenomenon separate from magnetism.” – (fr:57) [Non solo questo importante strumento di navigazione, la bussola dei marinai, diresse l’interesse scientifico verso la calamita – e quindi verso l’ambra – ma l’osservazione che un pezzo di ambra, anche strofinato, non punta in una direzione particolare fu un’ulteriore prova che portò infine a studiare l’effetto ambra come fenomeno separato dal magnetismo.] Gli scrittori dell’antichità classica avevano menzionato diverse gemme che mostrano l’effetto ambra. “Writers of classical antiquity had mentioned several gems that display the amber effect.” – (fr:58) [Gli scrittori dell’antichità classica avevano menzionato diverse gemme che esibiscono l’effetto ambra.] In epoca medievale si venne a sapere che anche il giaietto, una forma compatta di carbone fossile, possiede questa proprietà, e all’inizio del XVI secolo il diamante fu aggiunto all’elenco. “In medieval times it became known that jet, a hard compacted form of coal, also possesses this property, and by the early 16th century diamond was added to the list.” – (fr:59) [In epoca medievale si venne a sapere che il giaietto, una dura forma compatta di carbone, possiede anch’esso questa proprietà, e all’inizio del XVI secolo il diamante fu aggiunto alla lista.] Si accumularono così le prove per il concetto di una classe di sostanze che manifestano l’effetto ambra, e si fecero alcuni tentativi di spiegare l’esistenza di questa proprietà generica. “Thus there was an accumulation of evidence for the concept of a class of substances displaying the amber effect, and some attempts were made to account for the existence of this generic property.” – (fr:60) [Così vi fu un accumularsi di prove a favore del concetto di una classe di sostanze che esibiscono l’effetto ambra, e furono fatti alcuni tentativi per rendere conto dell’esistenza di questa proprietà generica.]

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2 La prima ipotesi sull’effetto ambra: Girolamo Cardano e la distinzione dal magnetismo

“Per spiegare queste differenze osservate, Cardano avanzò quella che potrebbe benissimo essere la prima ipotesi relativa all’effetto ambra come fenomeno distinto dal magnetismo.”

Il testo mette a confronto il comportamento dell’ambra strofinata e della calamita, attraverso una serie di osservazioni empiriche che negano ogni identità tra i due fenomeni. L’ambra attrae soltanto corpi leggeri, la calamita unicamente il ferro: “L’ambra attrae tutto ciò che è leggero; la calamita solo il ferro.” (fr:68). Un ostacolo interposto blocca l’attrazione dell’ambra ma non quella magnetica: “L’ambra non muove la pagliuzza verso di sé quando qualcosa è interposto; l’attrazione della calamita per il ferro non è similmente ostacolata.” (fr:69). Inoltre l’ambra non subisce attrazione da parte della pagliuzza, mentre la calamita è attratta dal ferro (“L’ambra non è attratta dalla pagliuzza; la calamita è attratta dal ferro.”, fr:70). L’ambra non manifesta poli, a differenza della calamita che attrae il ferro a nord o a sud (“L’ambra non attrae alle estremità; la calamita attrae il ferro talvolta a nord, talvolta a sud.”, fr:71), e, come si aggiunge, “[Un pezzo d’ambra, anche strofinato, non mostra poli, mentre una calamita ha poli permanenti.] (v) L’attrazione dell’ambra è aumentata dallo sfregamento e dal calore; quella della calamita, dalla pulitura della parte attraente.” (fr:72). La distinzione è tracciata su basi qualitative: l’ambra agisce per contatto e senza polarità, il magnete esercita un’azione che attraversa i corpi ed è orientata.

L’ipotesi avanzata da Cardano per rendere conto del comportamento dell’ambra è di natura materiale e umorale. “Egli suppose che l’ambra strofinata emetta un ‘umore grasso e glutinoso [liquido]’, e che la pagliuzza o altri oggetti secchi, mentre assorbono questo ‘umore’, si muovano verso l’ambra.” (fr:74). Il movimento della pagliuzza non è quindi un’attrazione a distanza di tipo magnetico, ma la conseguenza meccanica di un assorbimento: “Infatti, supponeva, ‘ogni cosa secca, non appena inizia ad assorbire umidità, è mossa verso la fonte umida, come il fuoco verso il suo pascolo.’” (fr:75). È un modello che riduce l’effetto elettrostatico a un flusso di sostanza, separandolo nettamente dal magnetismo.

Queste riflessioni apparvero nel De subtilitate, opera che godette di vasta fama proprio perché affrontava fenomeni al confine tra esperienza sensibile e comprensione intellettuale. “Il De subtilitate di Cardano ottenne ampia popolarità, trattando come faceva quei fenomeni ‘sottili’ che sono ‘percepibili dai sensi o intelligibili dall’intelletto, ma difficilmente compresi.’” (fr:76). Il passo costituisce una testimonianza storica di come, nella scienza rinascimentale, si iniziassero a distinguere elettricità e magnetismo non più per via mitica o simbolica, ma attraverso l’osservazione comparata e un primo abbozzo di spiegazione meccanicistica, per quanto ancora lontana dall’indagine sperimentale che sarà di Gilbert.

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3 William Gilbert e la nascita della scienza elettrica moderna

Gilbert, medico di corte e studioso del magnetismo, dedicò al solo effetto dell’ambra un breve capitolo del De magnete, ma proprio quella digressione segnò l’avvio consapevole dell’indagine elettrica.

L’approccio di William Gilbert allo studio dell’effetto dell’ambra nacque da un’osservazione di somiglianza con il magnetismo: «But now another physician, William Gilbert, was led to the study of the amber effect by its close similarity to magnetism.» – (fr:80) [Ora un altro medico, William Gilbert, fu portato allo studio dell’effetto dell’ambra dalla sua stretta somiglianza con il magnetismo.] La figura di Gilbert si staglia sullo sfondo dell’Inghilterra elisabettiana: «The son of a well-to-do Recorder of Colchester, … William Gilbert (1544-1603) was educated at Cambridge University and settled in London in the 1570’s.» – (fr:82) [Figlio di un agiato funzionario di Colchester, … William Gilbert (1544-1603) studiò all’Università di Cambridge e si stabilì a Londra negli anni Settanta del Cinquecento.] Qui la sua carriera medica decollò in fretta: «Almost immediately he was elected a Fellow of the Royal College of Physicians, and later on became its president and also was appointed one of Queen Elizabeth’s physicians.» – (fr:83) [Quasi immediatamente fu eletto Fellow del Royal College of Physicians, di cui in seguito divenne presidente, e fu nominato medico della regina Elisabetta.] Tuttavia la sua fama non si fonda sulla medicina. «Yet his fame rests on his work in magnetism and electricity and the contributions to scientific methodology that grew out of this work.» – (fr:84) [Eppure la sua fama poggia sul lavoro nel magnetismo e nell’elettricità e sui contributi al metodo scientifico che da esso scaturirono.]

L’opera che consegnò Gilbert alla storia è il De magnete, pubblicato nel Il trattato è principalmente magnetico, e il fenomeno dell’ambra vi compare appena come excursus: «Gilbert’s great book, On the magnet (De magnete, 1600), deals primarily with magnetism, the part concerned with the amber effect being a digression that occupies only a single chapter, or about one-fifteenth of the treatise.» – (fr:85) [Il grande libro di Gilbert, De magnete (1600), tratta principalmente di magnetismo, mentre la parte dedicata all’effetto dell’ambra costituisce una digressione che occupa un solo capitolo, circa un quindicesimo del trattato.] Il fatto che l’effetto ambra fosse ancora confuso con il magnetismo spinse l’autore a marcare con forza la differenza: «The distinction between magnetism and the amber effect was still not widely appreciated in Gilbert’s day, and he took pains to emphasize this distinction.» – (fr:86) [La distinzione tra magnetismo ed effetto dell’ambra non era ancora ampiamente compresa ai tempi di Gilbert, ed egli si preoccupò di sottolineare questa distinzione.] Operare questo discrimine aveva un duplice scopo strategico. Da un lato, Gilbert evitava che le sue idee sul magnetismo venissero indebitamente estese a spiegare il comportamento dell’ambra strofinata: «He thus avoided the confusion that might have resulted had others used his ideas about magnetism to explain the behavior of rubbed amber.» – (fr:87) [Evitò così la confusione che sarebbe potuta nascere se altri avessero usato le sue idee sul magnetismo per spiegare il comportamento dell’ambra strofinata.] Dall’altro, proteggeva la propria teoria del magnetismo da possibili critiche: «At the same time he guarded himself against the opponents of his theory of magnetism who might otherwise have been able to attack it on the ground that it was not broad enough to explain the supposedly similar amber effect.» – (fr:88) [Allo stesso tempo si premuniva contro gli avversari della sua teoria del magnetismo, che altrimenti avrebbero potuto attaccarla sostenendo che non era abbastanza ampia da spiegare il presunto effetto simile dell’ambra.]

Gilbert non fu il primo a intravvedere la differenza; il suo non citare Cardano lo testimonia. «Very likely Gilbert knew that Cardan had made a clear distinction between magnetism and the amber effect (p. 547), although Gilbert does not say so: he was more prone to criticize the faulty ideas of his predecessors than to acknowledge their useful discoveries.» – (fr:89-90) [Molto probabilmente Gilbert sapeva che Cardano aveva tracciato una distinzione netta tra magnetismo ed effetto dell’ambra (p. 547), sebbene non lo dica: era più incline a criticare le idee errate dei predecessori che a riconoscere le loro scoperte utili.] Per lui, tuttavia, non bastava ribadire la separazione: «Moreover, to him it was not enough merely to emphasize the distinction; he considered the two phenomena to be fundamentally different.» – (fr:91) [Per di più, non gli era sufficiente sottolineare la distinzione; considerava i due fenomeni fondamentalmente diversi.] Da questa convinzione scaturì un’indagine sistematica sull’ambra: «So he sets forth to study in detail the properties of amber.» – (fr:92) [Così egli si mette a studiare in dettaglio le proprietà dell’ambra.] Il risultato fu l’ampliamento del catalogo dei materiali che sfregati si comportano come l’ambra, «Gilbert’s discovery of many new “electrics”.» – (fr:93) [La scoperta di molti nuovi “elettrici” da parte di Gilbert.] Ed è proprio il brano successivo del De magnete a essere considerato uno spartiacque: «The following passage from Gilbert’s book may be regarded as marking the beginning of the modern science of electricity.» – (fr:94) [Il passo seguente del libro di Gilbert può essere considerato come l’inizio della scienza moderna dell’elettricità.] Così, un capitolo di un trattato magnetico, nato dall’esigenza di chiarire una distinzione, finì per aprire un campo di ricerca del tutto nuovo.

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4 L’effluvio elettrico e l’eredità di Gilbert: tra contatto materiale e ipotesi scientifiche

Per William Gilbert, l’attrazione elettrica non poteva prescindere da un ponte materiale invisibile, un effluvium che colmava lo spazio e rendeva il fenomeno intellegibile in un’epoca che rifuggiva ogni azione a distanza.

Il nucleo del pensiero di Gilbert sull’attrazione elettrica risiede in una necessità fisica e filosofica fondamentale: ogni azione richiede un contatto. Poiché i corpi elettrizzati non si toccano visibilmente, egli deduce l’esistenza di un intermediario invisibile. “Since no action can be performed by matter save by contact, [and yet] these electric bodies are not seen to touch, something of necessity is sent from the one to the other, something that may touch closely and be the beginning of that incitement” (fr:168) [Poiché nessuna azione può essere compiuta dalla materia se non per contatto, eppure questi corpi elettrici non si vedono toccare, qualcosa di necessità è inviato dall’uno all’altro, qualcosa che possa toccare da vicino ed essere il principio di quell’incitamento]. Questo qualcosa è l’effluvium, che Gilbert immagina diffondersi in ogni direzione, comportandosi come un’estensione materiale del corpo elettrizzato: “. . . And, as if they were material rods, they take up and hold straws, chaff and twigs, until their force is spent or vanishes” (fr:170) [E, come se fossero sottili bastoncini materiali, afferrano e trattengono pagliuzze, pula e ramoscelli, finché la loro forza non si esaurisce o svanisce].

Questa concezione era un prodotto diretto del suo tempo. L’idea di un’azione a distanza, che si affermerà in seguito, sarebbe stata intollerabile per i fisici del primo Seicento. Il testo sottolinea come essa sarebbe stata percepita come un regresso nel misticismo e nella magia da cui la nuova scienza stava faticosamente prendendo le distanze: “A later view that such connection is unnecessary, that”action at a distance” may occur, would have been totally unacceptable to most early 17th-century physicists; they would have regarded it as a reversion to the sort of mysticism and magic from which they were trying to escape” (fr:172).

La ricerca di Gilbert si inserisce in un quadro di meccanica aristotelico-scolastica, dove il movimento di un proiettile era spiegato con la spinta dell’aria circostante. Proprio per questo, Gilbert si preoccupa di dimostrare che il suo effluvium agisce direttamente sul corpo attratto e non creando una corrente d’aria che lo muova indirettamente. “Gilbert’s further experiments provide him with additional evidence that the effluvium supposedly emitted by the excited electric acts directly on the attracted body, rather than acting indirectly by setting up an air current which then moves the body” (fr:173). Pur rinunciando all’aria come mezzo propellente, non abbandona mai la ricerca di un contatto materiale diretto, trovando la soluzione nel suo effluvium connettivo (fr:175, 176).

Il percorso di Gilbert rivela un tratto cruciale dell’indagine scientifica: la formulazione di ipotesi precede e guida la sperimentazione estensiva. “The experiments that Gilbert made, and certain others that he failed to make, serve to illustrate an important characteristic of scientific investigations: extensive experimentation follows, rather than precedes, the framing of hypotheses” (fr:177). Fu la sua ipotesi magnetica a spingerlo a verificare se elettricità e magnetismo fossero fenomeni distinti. In questo contesto, cercò e trovò una nuova regola: la forza attrattiva aumenta al diminuire della distanza (fr:179), regola a lui già nota per i magneti. La spiegazione, coerente con la sua ipotesi, era che l’effluvium diventa più rarefatto, e quindi meno potente, diffondendosi nello spazio (fr:181).

Questa stessa ipotesi, tuttavia, conteneva i presupposti per un’importante lacuna. Pochi anni dopo si scoprì che un corpo elettrizzato può anche respingere. Gilbert non riconobbe mai la repulsione elettrica come fenomeno distinto. Sebbene l’avesse osservata innumerevoli volte, notando come gli oggetti attratti tendessero poi a cadere a terra, interpretò questo fatto come un semplice esaurimento della forza dell’effluvium, non come un’azione repulsiva. “Gilbert failed to discover this electrical repulsion, although he must have observed its effects many times; indeed, he noticed that objects coming in contact with an excited electric are likely to fall away from it to the ground, but he believed this is solely because the force of the effluvium has then spent itself or vanished” (fr:183). La sua ipotesi dell’effluvium come ponte materiale unicamente attrattivo gli impedì di vedere ciò che aveva davanti agli occhi.

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5 Gilbert e la nascita della nuova filosofia sperimentale

La confluenza di fattori storici, abilità personale e il coraggio di sperimentare pubblicamente permisero a Gilbert di diventare un pioniere del metodo sperimentale.

Pur non potendo determinare con certezza le ragioni profonde del contributo di Gilbert, è possibile individuare alcuni elementi che certamente lo influenzarono. “However, we can see some factors that undoubtedly influenced him.” – (fr:196) [Tuttavia, possiamo individuare alcuni fattori che senza dubbio lo influenzarono.] Appena un secolo dopo i viaggi di Colombo, l’espansione europea rendeva sempre più pressanti i problemi della navigazione e degli strumenti nautici. “It was only a century since the voyages of Columbus, European expansion was progressing vigorously, and problems of navigation and navigational instruments were becoming increasingly important; so it is no surprise that a major study of the magnetic compass and magnetism should have been undertaken at this time: the time was ripe for such work and Gilbert had the ability needed to carry it out.” – (fr:197) [Era passato solo un secolo dai viaggi di Colombo, l’espansione europea procedeva vigorosamente e i problemi di navigazione e degli strumenti nautici diventavano sempre più importanti; non sorprende quindi che in questo periodo sia stato intrapreso uno studio approfondito della bussola magnetica e del magnetismo: i tempi erano maturi per un simile lavoro e Gilbert possedeva la capacità necessaria per portarlo a termine.]

A questa convergenza di circostanze si aggiungeva la disponibilità personale di risorse che l’epoca richiedeva a chi volesse dedicarsi alla scienza: “Nor is it of small moment that he could find the leisure time and personal financial means then so necessary for devotion to scientific work.” – (fr:198) [Né è di poca importanza il fatto che egli potesse disporre del tempo libero e dei mezzi finanziari personali allora così necessari per dedicarsi al lavoro scientifico.] L’enfasi di Gilbert sulla sperimentazione non era astratta, ma affondava le radici nella pratica quotidiana di naviganti, fabbri e artigiani. “as for his emphasis on experimentation, his writings — especially those on magnetism — reveal an intimate knowledge of the methods employed by navigators, workers in the iron industry, and various other artisans and craftsmen of his day; from them he must have learned many techniques that he himself could profitably employ.” – (fr:199) [per quanto riguarda la sua enfasi sulla sperimentazione, i suoi scritti – specialmente quelli sul magnetismo – rivelano una conoscenza approfondita dei metodi impiegati da navigatori, lavoratori dell’industria del ferro e diversi altri artigiani del suo tempo; da loro dovette apprendere molte tecniche che egli stesso poté impiegare con profitto.]

Portare questa pratica fuori dalle officine e mostrarla in pubblico richiedeva una scelta coraggiosa, perché la manipolazione diretta era considerata indegna di uno studioso. “Not only to extol but to engage publicly in experimentation required courage in a day when such activities were generally confined to workmen and not considered respectable for scholars.” – (fr:200) [Non solo elogiare ma impegnarsi pubblicamente nella sperimentazione richiedeva coraggio in un’epoca in cui tali attività erano generalmente riservate ai lavoratori manuali e non erano considerate rispettabili per gli studiosi.] Il sapere dell’epoca era infatti diviso in due mondi separati: “The scholars, skilful in logic and accustomed to dealing with general ideas and broad issues, rarely paid attention to the workmen-experimenters; and the latter, concerned with practical and immediate needs, had little access to the abstruse writings of the scholars.” – (fr:201) [Gli studiosi, abili nella logica e abituati a trattare idee generali e questioni ampie, raramente prestavano attenzione ai lavoratori-sperimentatori; e questi ultimi, preoccupati per esigenze pratiche e immediate, avevano scarso accesso agli scritti astrusi degli studiosi.]

Gilbert fu tra i primi a gettare un ponte tra questi due universi cognitivi. “Gilbert and a few others were beginning to bridge the gap between scholar and experimenter, synthesizing logic and experiment into an approach to scientific problems that became known as the ‘new experimental philosophy.’” – (fr:202) [Gilbert e pochi altri cominciavano a colmare il divario tra studioso e sperimentatore, sintetizzando logica ed esperimento in un approccio ai problemi scientifici che divenne noto come la «nuova filosofia sperimentale».] La sua morte nel 1603 – “Gilbert died in” – (fr:203) [Gilbert morì nel ] – precedette di poco la sistematizzazione programmatica di questo nuovo atteggiamento intellettuale. “Five years later, Francis Bacon published the first of his several essays and treatises on the methods recommended for use in scientific investigation.” – (fr:204) [Cinque anni dopo, Francis Bacon pubblicò il primo dei suoi numerosi saggi e trattati sui metodi da raccomandare per l’indagine scientifica.] Con la sua opera, Gilbert si pone dunque come figura ponte, in cui la lezione dei mestieri e il rigore della tradizione colta si fondono anticipando l’avvento della scienza sperimentale moderna.

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6 L’elettricità e la nascita delle istituzioni scientifiche nel Seicento

L’introduzione del termine “electricity”, gli esperimenti di Robert Boyle e l’istituzione delle prime accademie e periodici scientifici delineano due passaggi decisivi nella costituzione della scienza moderna.

Nel corso del XVII secolo il vocabolario scientifico si arricchisce di una nuova parola: “the word ‘electricity’ was introduced into the English language, with the meaning of ‘a power to attract straws or light bodies’” – (fr:265) [la parola “elettricità” fu introdotta nella lingua inglese, con il significato di “un potere di attrarre pagliuzze o corpi leggeri”]. La definizione resta empirica, ma il fenomeno attira un’attenzione crescente. Nel 1675 Robert Boyle pubblica un breve trattato sull’argomento, “probably the first to be devoted exclusively to this subject” – (fr:266) [probabilmente il primo a essere dedicato esclusivamente a questo soggetto]. Boyle si spinge più in là di Gilbert nell’interpretazione fisica: “the electric effluvium must be some kind of matter — perhaps particles, or atoms” – (fr:267) [l’effluvio elettrico deve essere una qualche sorta di materia — forse particelle, o atomi], affermando con decisione la natura materiale di ciò che veniva percepito come un influsso invisibile.

L’approccio sperimentale di Boyle beneficia di uno strumento che egli stesso contribuisce a perfezionare. È infatti “the first person to make extensive use of the newly invented vacuum pump, which he and several co-workers had greatly improved” – (fr:268) [il primo a fare ampio uso della pompa a vuoto appena inventata, che lui e diversi collaboratori avevano notevolmente migliorato]. Avendo appreso dell’ipotesi di Cabeo, secondo cui l’aria giocava un ruolo nell’effetto dell’ambra, Boyle la mette alla prova e osserva che “the attraction occurs in a vacuum just as well as in the open air” – (fr:269) [l’attrazione avviene nel vuoto proprio come all’aria aperta]. Così, “using more elaborate equipment, he succeeded with an experiment that had frustrated the efforts of the Florentine academicians” – (fr:270) [usando un equipaggiamento più elaborato, riuscì in un esperimento che aveva frustrato gli sforzi degli accademici fiorentini].

A questo progresso sperimentale si intreccia una trasformazione istituzionale di portata epocale. Il testo dedica una sezione alle “Scientific societies and periodicals” – (fr:271) [Società scientifiche e periodici], segnalando l’ingresso di due nuovi elementi nell’impresa scientifica: “formal organizations of scientists, and periodical publications for the dissemination of scientific information” – (fr:272) [organizzazioni formali di scienziati, e pubblicazioni periodiche per la diffusione dell’informazione scientifica]. Nella seconda metà del secolo nascono in Inghilterra la Royal Society of London for Improving Natural Knowledge e in Francia l’Académie Royale des Sciences (fr:273). Entrambe, sostenute dai rispettivi monarchi, diventano “focal points of scientific activity” – (fr:274) [punti focali dell’attività scientifica], incarnando il passaggio dalla ricerca isolata a una comunità organizzata, capace di produrre e far circolare conoscenza in modo sistematico.

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7 Hauksbee: dalla luce barometrica alla scarica elettrica per strofinio

L’indagine metodica delle condizioni in cui il mercurio produce lampi in aria rarefatta conduce Francis Hauksbee a generalizzare il fenomeno, riconoscendo il ruolo determinante dello sfregamento e a costruire una sorgente luminosa tanto intensa da permettere la lettura.

Il resoconto segue il percorso sperimentale con cui Hauksbee, a partire dal 1705, trasformò la curiosità per la luce barometrica in un programma di ricerca fertile. Il punto di partenza fu l’intuizione che i fattori rilevanti fossero «il moto del mercurio sul vetro e la bassa pressione dell’aria nel recipiente»: “the motion of mercury over glass and the low pressure of the air in the vessel” – (fr:298) [il moto del mercurio sul vetro e la bassa pressione dell’aria nel recipiente]. L’autore sottolinea che, benché oggi possa apparire ovvia, «apparentemente nessun altro l’aveva formulata, consciamente o inconsciamente, nei tre decenni successivi alla scoperta in Francia della luce barometrica»: “no one else had stated it, consciously or unconsciously, during the three decades following the discovery in France of the barometric light” – (fr:299). La semplice osservazione, si ricorda, «non conduce a nulla se non suscita ipotesi che suggeriscano esperimenti»: “The mere observation of a phenomenon leads nowhere unless it gives rise to hypotheses suggesting experiments” – (fr:300).

I primi esperimenti (Fig. 3) confermano che lo scorrimento del mercurio è essenziale: «i lampi appaiono quando gocce di mercurio scivolano giù sul vetro, ma mai quando vi restano semplicemente attaccate» – “flashes of light occur when drops of mercury slide down the glass, but never when they merely stick to it” – (fr:302). Per determinare il grado di vuoto necessario, Hauksbee varia la quantità d’aria nel recipiente. Non si produce alcun lampo «finché circa metà dell’aria non è stata rimossa» – “No light flashes are produced by the moving drops until about half the air has been removed” – (fr:304). Aumentando ulteriormente il vuoto, l’intensità luminosa «cresce gradualmente fino a un picco e poi decresce fino a sembrare scomparire» – “As the vacuum is increased beyond that point, the light intensity gradually rises to a peak and then falls away until it seems to disappear” – (fr:305), portando alla conclusione che «deve essere presente una certa quantità d’aria perché il fenomeno si verifichi» – “some air must be present if the phenomenon is to occur” – (fr:306).

Il resoconto descrive l’apparato. Nella Figura 3, un vasetto di vetro contenente mercurio è racchiuso in un grande recipiente di vetro evacuato; quando si apre il rubinetto, l’aria scende nel tubo e gorgoglia violentemente attraverso il mercurio, schizzandolo sulle pareti. «Mentre le gocce di mercurio rotolano giù sul vetro, si produce una debole luce» – “As drops of mercury roll back down the glass, a faint light is produced” – (fr:315). In una seconda configurazione, un vaso a corona tonda riceve mercurio da un imbuto; rimuovendo il tappo, il mercurio si frantuma in una pioggia di gocce minutissime che scivolando emettono la luce nota, e inoltre «dalla corona del vetro interno venivano scagliati frequentemente lampi simili a fulmini, di un colore assai pallido» – “from the crown of the included glass were darted frequently flashes resembling lightning, of a very pale color” – (fr:320).

Hauksbee misura la pressione con un manometro a tubo aperto. La pressione minima raggiungibile con la sua pompa è circa 1/60 di atmosfera, ma i lampi si osservano «solo a pressioni comprese tra circa 1/2 e 1/20 di atmosfera» – “the light flashes occur only at pressures between about 1/2 and 1/20 atmosphere” – (fr:322). A pressione atmosferica lo scuotimento del mercurio produce «piccole scintille brillanti», che tuttavia «differiscono nettamente nell’aspetto dalla luce più diffusa che si vede quando il recipiente è parzialmente evacuato» – “little bright sparks; but these…differ markedly in appearance from the more diffuse light seen when the vessel is partially evacuated” – (fr:323).

L’indagine si allarga: il mercurio e il vetro sono le sole sostanze in grado di produrre lampi per strofinio in aria rarefatta? Hauksbee impiega una «macchina per imprimere un moto rapido ai corpi» nel vuoto (Fig. 4). Essa consiste in una ruota di legno con molte perle d’ambra fissate sul bordo, che sfregano contro cuscinetti di lana. La ruota è posta in un recipiente di vetro evacuabile, trascinata da cinghia e pulegge fino a velocità di «poco più di un terzo di miglio al minuto» – “something more than one third of a mile in a minute” – (fr:328). Messe in funzione la pompa e la ruota, «Hauksbee osserva i consueti lampi nell’aria rarefatta» – “Upon starting the air pump and setting the wheel in motion, Hauksbee observes the familiar flashes in the rarefied air” – (fr:329). La scelta dell’ambra non è casuale: l’effetto elettrico dell’ambra era noto, e probabilmente egli ritenne che una sostanza capace di una così vistosa elettrizzazione per strofinio potesse interessare i suoi esperimenti sulla luce. Tuttavia «i suoi scritti, a questo punto, non fanno menzione di “elettrizzazione” o “attrazione”» – “his writings at this point made no mention of ‘electrification’ or ‘attraction’” – (fr:341).

Sostituita la ruota con un piccolo globo di vetro e strofinato con lana nel recipiente evacuato, la luce riappare; egli prova poi vetro contro gusci d’ostrica, lana contro gusci d’ostrica: «in ogni caso la luce compare nell’aria rarefatta, sebbene con intensità variabile» – “In every case the light appears in the rarefied air, although with varied intensity” – (fr:344). Dopo una breve digressione su esperimenti non correlati, Hauksbee ritorna al problema della luce da attrito, offrendo «un buon esempio di impiego dell’immaginazione produttiva» – “a good example of the use of productive imagination” – (fr:346). Invece di racchiudere il globo in un recipiente evacuato, egli decide di «evacuare il globo stesso, sigillandolo in modo che l’aria non possa rientrare» – “he evacuates the globe itself, sealing it so that the air cannot reënter” – (fr:347). Così può usare un globo più grande (circa 9 pollici di diametro) e sfregarlo semplicemente posandovi sopra le «mani aperte e nude» – “open and naked hands” – (fr:348): la luce appare ora nell’aria rarefatta interna. Disponendo le mani in modo da coprire il più possibile la superficie, ottiene una luce tanto brillante che, in una stanza buia, «parole in lettere maiuscole erano chiaramente leggibili alla sua luce» – “words in capital letters were clearly legible by it” – (fr:350).

Tornando al problema d’origine, Hauksbee si pone una domanda significativa: se, invece di scuotere il barometro, si sfrega con la mano la parte superiore evacuata del tubo, cosa accade? Prova, e «la luce compare, sebbene non vi sia alcun moto percepibile del mercurio» – “the light ensues, although there is no perceptible motion of the mercury” – (fr:352). In nove mesi ha così mostrato che lo sfregamento è necessario, che sostanze diverse da mercurio e vetro possono essere usate, che l’aria rarefatta dà l’effetto più marcato e che si può costruire un dispositivo capace di illuminare abbastanza per leggere. Come osserva il testo, «la capacità di scegliere un problema fecondo, di formulare ipotesi di lavoro e di ideare ed eseguire esperimenti per verificarle è il segno di un buono sperimentale» – “This ability to select a fruitful problem, to form working hypotheses about it, and to devise and carry out experiments for testing the hypotheses is the mark of a good experimentalist” – (fr:354). Solo più tardi, nell’estate del 1706, si fa strada l’idea che possa esserci un legame fra l’effetto dell’ambra e la luce barometrica – “That there might be a connection between the amber effect and the barometric light may have first occurred to Hauksbee in the summer of 1706” – (fr:356) –, un’intuizione che darà avvio ai suoi veri e propri esperimenti elettrici.

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8 La luce senza strofinio: Hauksbee e l’occasione mancata dell’elettrizzazione per influenza

Davanti a un globo di vetro evacuato che si illumina senza essere toccato, Hauksbee preferisce immaginare uno sfregamento invisibile a opera degli effluvi piuttosto che ammettere un nuovo modo di elettrizzare.

Il testo proviene dall’edizione del 1719 dei Physico-mechanical experiments e documenta un passaggio decisivo nelle ricerche elettriche di Francis Hauksbee. Il generatore triboelettrico impiegato (“Hauksbce’s triboelectric generator” – fr:397) era costituito da un globo di vetro messo in rotazione e strofinato con la mano; in alcune prove il recipiente rotante era un cilindro di vetro invece del globo illustrato (“In some of his experiments, the spinning vessel was a glass cylinder, instead of the glass globe shown here.” – fr:398 [In alcuni suoi esperimenti il recipiente rotante era un cilindro di vetro, invece del globo di vetro qui mostrato]). La serie di esperimenti che segue viene definita spettacolare e rappresenta un salto concettuale: Hauksbee dispone un secondo globo di vetro a circa un pollice di distanza da quello del generatore, facendolo ruotare in modo indipendente, e lo svuota dell’aria mentre il primo globo rimane non esausto (“This second globe he evacuates, the one on the generator being left unexhausted.” – fr:402 [Questo secondo globo viene evacuato, lasciando non esausto quello sul generatore]).

Quando le macchine sono in funzione e la mano nuda sfiora il globo non esausto, gli effluvi raggiungono il globo evacuato in movimento e producono immediatamente una luce sulla sua superficie più vicina all’altro globo, senza alcun contatto né azione esterna (“…the effluvia of which in a little time reaching the exhausted glass in motion, immediately produced a light on that part of it nearest to the other, without the assistance of a touch from anything else to influence it.” – fr:403 [gli effluvi, raggiungendo in breve tempo il vetro esausto in movimento, producevano immediatamente una luce sulla parte di esso più vicina all’altro, senza l’ausilio di alcun tocco da parte di qualcosa per influenzarlo]). La luce è descritta come piuttosto vigorosa (“This light is pretty vigorous.” – fr:404 [Questa luce è piuttosto vigorosa]). In una variante, Hauksbee utilizza un lungo tubo di vetro esausto da oltre sei mesi, lo tiene sopra il globo in movimento mentre questo viene strofinato, e osserva, seppure in modo incostante, lampi di luce sorprendenti senza che il tubo venga toccato o strofinato (“It would now and then (for it was not constant) be very surprising to see what large flashes of light would be produced in the long glass tube without its touching the glass in motion or itself being either moved or provoked by any immediate attrition.” – fr:407 [Di tanto in tanto (poiché non era costante) era sorprendente vedere quali grandi lampi di luce venissero prodotti nel lungo tubo di vetro senza che questo toccasse il vetro in movimento né venisse mosso o provocato da alcuna frizione immediata]).

Il dato cruciale è il superamento della regola che legava la luce barometrica allo strofinio. In precedenza Hauksbee aveva ritenuto che la luce apparisse in un recipiente evacuato solo se strofinato; ora invece la osserva in un globo non strofinato posto accanto a un altro globo elettrizzato per strofinio (“Although his earlier experiments had indicated that the light appears in an evacuated glass vessel only when it has been rubbed (p. 21), now he has seen it produced in an unrubbed globe placed close to another globe that is being electrified by rubbing.” – fr:408 [Benché i suoi precedenti esperimenti avessero indicato che la luce appare in un recipiente di vetro evacuato solo quando viene strofinato (p. 21), ora l’ha vista prodotta in un globo non strofinato posto vicino a un altro globo che viene elettrizzato per strofinio]). Scopre inoltre che non serve nemmeno la rotazione di entrambi i globi: basta tenere un tubo evacuato vicino al globo eccitato per ottenere la familiare luminescenza (“Moreover, he soon found that motion of both globes is not needed; an evacuated glass tube shows the familiar light when it is merely held near the excited globe of the generator.” – fr:410 [Inoltre, trovò presto che non è necessario il moto di entrambi i globi; un tubo di vetro evacuato mostra la familiare luce quando viene semplicemente tenuto vicino al globo eccitato del generatore]).

Con queste osservazioni Hauksbee giunge a un passo dal riconoscere il principio dell’elettrizzazione per influenza, ossia che un corpo viene temporaneamente elettrizzato per la semplice vicinanza a un altro corpo già carico, senza contatto (“Here Hauksbee came very close to discovering the important principle that any object becomes electrified temporarily when it is in the vicinity of, but not touching, another object that is already electrified. This later came to be called electrification by influence.” – fr:411-412 [Qui Hauksbee giunse molto vicino a scoprire l’importante principio secondo cui ogni oggetto si elettrizza temporaneamente quando si trova nelle vicinanze, ma senza toccarlo, di un altro oggetto già elettrizzato. Questo fenomeno verrà più tardi chiamato elettrizzazione per influenza]). Tuttavia, pur avendo descritto coscientemente il fenomeno, non ne è considerato lo scopritore effettivo per una ragione storiografica significativa: la sua interpretazione salva l’idea dominante che solo lo strofinio possa produrre elettrizzazione o la luce barometrica. Egli si convince infatti che il globo non strofinato venga in realtà “sfregato” dall’effluvio che fuoriesce dal globo strofinato a mano (“That the light appears in an unrubbed evacuated vessel of course puzzles him, but he eventually hits on an ingenious explanation: The vessel is being rubbed by the effluvium issuing from the hand-rubbed generator globe.” – fr:414 [Che la luce appaia in un recipiente evacuato non strofinato lo lascia naturalmente perplesso, ma alla fine trova una spiegazione ingegnosa: il recipiente viene sfregato dall’effluvio che esce dal globo del generatore strofinato a mano]). In tal modo, riesce a mantenere in piedi la nozione tradizionale, ma perde la possibilità di riconoscere che quei fenomeni possono essere ottenuti anche in un altro modo, ovvero per “influenza” (“Thus he is able to ‘save’ the prevailing notion that only rubbing an object can produce either electrification or the barometric light. But at the same time he has missed the discovery that these phenomena can be produced in another way, namely, by ‘influence’.” – fr:415-416 [Così riesce a “salvare” la nozione prevalente secondo cui solo strofinando un oggetto si può produrre sia l’elettrizzazione sia la luce barometrica. Ma nello stesso tempo ha mancato la scoperta che questi fenomeni possono essere prodotti in un altro modo, ossia per “influenza”]).

La testimonianza è un esempio eloquente di come un quadro teorico consolidato – l’idea che l’elettricità e la luce barometrica richiedano un’azione meccanica di sfregamento – abbia impedito a un abile sperimentatore di afferrare una novità concettuale che aveva di fronte agli occhi. Gli effluvi, invocati come agente materiale, conservano la necessità di un contatto, anche se invisibile, rimandando di decenni la piena formulazione dell’elettrizzazione per influenza.

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9 Stephen Gray e la trasmissione della “virtù elettrica”: una scoperta alla Charterhouse

La scoperta che la virtù elettrica di un tubo di vetro strofinato potesse essere comunicata ad altri corpi per contatto, riportata da Gray nel 1731 mentre viveva come pensionante alla Charterhouse, segna un passo fondamentale nella storia dell’elettricità.

L’estratto colloca una tappa cruciale della fisica sperimentale nel preciso contesto biografico e istituzionale del suo protagonista. Già in precedenza, Gray aveva esplorato materiali inusuali: “Then he went on to tell how he had been able to produce the light and sparks with several other electrics, for example, stiff paper, provided it was rubbed after being ‘heated as hot as the fingers can well bear.’” - (fr:481) [Poi proseguì raccontando come fosse riuscito a produrre la luce e le scintille con diversi altri materiali elettrici, per esempio carta rigida, purché venisse strofinata dopo essere stata “riscaldata tanto quanto le dita possono sopportare”.]

Il nucleo del progresso scientifico è contenuto in una comunicazione del “In 1729 — nine years after the publication of his first paper — Gray communicated ‘to Dr. Desaguliers and some other gentlemen’ an important discovery: the ‘electric virtue’ of a rubbed glass tube can be transmitted to other bodies with which it is in contact, so as to give them the same property of attracting as the rubbed tube itself has.” - (fr:482) [Nel 1729 — nove anni dopo la pubblicazione del suo primo articolo — Gray comunicò “al Dr. Desaguliers e ad alcuni altri gentiluomini” un’importante scoperta: la “virtù elettrica” di un tubo di vetro strofinato può essere trasmessa ad altri corpi con cui è in contatto, in modo da conferire loro la stessa proprietà di attrarre che possiede il tubo strofinato stesso.] Questa formulazione esprime il concetto di conduzione elettrica come trasferimento di una proprietà attrattiva. L’eco della scoperta fu immediatamente trasposta nei canali ufficiali della scienza: “Desaguliers, who was a prominent member of the Royal Society, reported this discovery to the Society and, later on, Gray described it, together with some new experiments, in his second paper in the Philosophical Transactions (1731).” - (fr:483) [Desaguliers, che era un membro di spicco della Royal Society, riferì questa scoperta alla Società e, in seguito, Gray la descrisse, insieme ad alcuni nuovi esperimenti, nel suo secondo articolo sulle Philosophical Transactions (1731).]

Il dato cronologico e documentario si salda a un nitido dettaglio di storia sociale. “This paper is dated from the Charterhouse, where Gray was living as one of its ‘poor brethren.’” - (fr:484) [Questo articolo è datato dalla Charterhouse, dove Gray viveva come uno dei suoi “confratelli poveri”.] La Charterhouse non era un semplice rifugio ma un’istituzione dalla fisionomia ben definita: “The Charterhouse was founded to provide schooling for boys who were ‘gentlemen by descent and in poverty’ and a living for poor brethren who were preferably ‘soldiers that had borne arms by sea or land, merchants decayed by piracy or shipwreck, or servants in household to the King or Queen’s Majesty.’” - (fr:485) [La Charterhouse fu fondata per fornire istruzione a ragazzi che fossero “gentiluomini per discendenza e in povertà” e un sostentamento a confratelli poveri che fossero preferibilmente “soldati che avevano portato armi per mare o per terra, mercanti decaduti a causa di pirateria o naufragio, o servitori nella casa di Sua Maestà il Re o la Regina”.] La descrizione incide un ritratto sociale di antichi ranghi decaduti, tra i quali Gray, in quanto uomo di scienza, si staglia come un’eccezione.

L’eredità dell’istituzione è poi tracciata attraverso due riferimenti che ne misurano la persistenza culturale. “The school still exists, although removed from London to Godalming, and has an excellent reputation.” - (fr:486) [La scuola esiste ancora, sebbene trasferita da Londra a Godalming, e gode di un’eccellente reputazione.] A questo si aggiunge la testimonianza letteraria: “Thackeray attended the Charterhouse as a schoolboy and, in Vanity Fair, immortalized it under the name ‘Grey-friars.’” - (fr:487) [Thackeray frequentò la Charterhouse come scolaro e, in Vanity Fair, la immortalò sotto il nome di “Grey-friars”.] Il contrasto tra la fama letteraria della scuola e la condizione modesta del suo pensionante più illustre è risolto nella frase conclusiva: “Stephen Gray was perhaps the most notable of the Charterhouse pensioners.” - (fr:488) [Stephen Gray fu forse il più notevole tra i pensionanti della Charterhouse.] L’avverbio “perhaps” attenua senza cancellare il riconoscimento di un primato che nasce dal lavoro sperimentale condotto proprio tra quelle mura.

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10 La scoperta della conduzione elettrica negli esperimenti di Stephen Gray

Dalla comunicazione della “virtù attrattiva” per contatto alla trasmissione su lunghe distanze: come un’ipotesi di lavoro guidò Gray verso la distinzione pratica tra corpi conduttori e isolanti.

Il testo ripercorre il momento cruciale in cui Stephen Gray identificò il fenomeno che sarà poi noto come “electrical conduction” (fr:504) [conduzione elettrica]. Il punto di partenza è l’osservazione che un tappo di sughero, sebbene non strofinato, attrae una piuma semplicemente toccando un tubo di vetro elettrizzato. Gray interpreta il fatto come la comunicazione di una “attractive virtue” (fr:505) [virtù attrattiva] da un corpo all’altro. La chiave del progresso risiede nell’ipotesi di lavoro che lo guida: l’idea, mutuata da precedenti speculazioni su elettricità e luce, che possa avvenire un “transfer of electrification” (fr:507) [trasferimento di elettrificazione] da un oggetto a un altro. Questa ipotesi, sebbene non più menzionata esplicitamente, si cristallizza in una nuova formulazione: “an object that touches an electrified body will itself become electrified” (fr:509) [un oggetto che tocca un corpo elettrizzato diventerà esso stesso elettrizzato].

L’ipotesi si rivela immediatamente feconda, spingendo Gray a verificare se la proprietà attrattiva possa trasmettersi non solo per contatto diretto, ma anche “through or along an intervening body” (fr:510) [attraverso o lungo un corpo interposto]. Comincia così una serie sistematica di esperimenti con una sfera d’avorio fissata a bastoncini di abete di lunghezza crescente. La sfera, posta all’estremità di un bastoncino di 4 pollici inserito nel tappo, “attracted and repelled the feather with more vigor than the cork had done” (fr:512) [attrasse e respinse la piuma con più vigore di quanto avesse fatto il tappo], e l’effetto si mantiene identico con bastoncini di 8 e 24 pollici. La sostituzione del legno con filo di ferro o ottone non altera il risultato, e si osserva che “when the feather was held near any part of the wire it was attracted by it” (fr:514) [quando la piuma era tenuta vicino a qualsiasi parte del filo, ne era attratta]. L’uso di fili lunghi 2 o 3 piedi causa vibrazioni fastidiose, il che conduce a un nuovo perfezionamento: sospendere la sfera tramite uno spago da imballaggio legato direttamente al tubo. Con una linea di circa 3 piedi, la sfera d’avorio, così come una di sughero e una di piombo da una libbra e un quarto, attraggono e respingono la foglia d’ottone. Gray ha così stabilito che la forza attrattiva si propaga attraverso bastoncini, fili metallici e spago “even when the line connecting ball and tube is as much as 3 feet long” (fr:518) [anche quando la linea che collega sfera e tubo è lunga ben 3 piedi].

La verifica si estende ai materiali. Gray saggia “metals, suspending them on the tube by the aforementioned method” (fr:520) [metalli, sospendendoli al tubo con il suddetto metodo]: monete, stagno, piombo, e poi oggetti come una paletta per il fuoco, molle, un attizzatoio, un bollitore di rame — “which succeeded the same, whether empty or full of either cold or hot water” (fr:521) [che riuscì allo stesso modo, vuoto o pieno d’acqua fredda o calda] — e una pinta d’argento. Tutti risultano fortemente elettrizzati. L’indagine si allarga a selce, arenaria, magnetite, mattoni, tegole, gesso e sostanze vegetali verdi o secche, e “all had an electric virtue communicated to them” (fr:521) [tutti avevano una virtù elettrica comunicata loro]. È qui che si consuma il superamento di William Gilbert, il quale, provando a strofinare metalli tenendoli in mano, li aveva classificati tra i “nonelectrics” (fr:523) [non-elettrici]. Gray riesce perché i suoi oggetti metallici “were not in contact with the hand” (fr:524) [non erano a contatto con la mano], e in seguito mostrerà che le mani e il corpo umano sono buoni conduttori della virtù elettrica.

L’indagine si sposta sulla distanza massima. Usando un pezzo di canna da passeggio incastrato nel tubo per 5 pollici, la foglia d’ottone è attratta a più di 2 pollici. Con due sezioni superiori di una canna da pesca si raggiungono più di 14 piedi totali, e una sfera di sughero all’estremità “attracted the leaf-brass to the height of about 3 inches” (fr:531) [attrasse la foglia d’ottone all’altezza di circa 3 pollici]. Con canne spagnole e bastoncini di abete si arriva a poco più di 18 piedi, il massimo utilizzabile nella sua stanza, con un’attrazione “very nearly, if not altogether, as strong as when the ball was placed on shorter rods” (fr:532) [molto vicina, se non del tutto, a quella ottenuta con aste più corte]. La necessità di spazi maggiori, unita alla primavera, lo porta nella residenza di campagna dell’amico John Godfrey a Norton Court, nel Kent. Lì, con un’asta di legno che supera i 28 piedi, la virtù elettrica è ancora trasferita, ma l’asta si piega e vibra. Si passa allora a una linea di spago sospesa: il 19 maggio 1729, con una lenza di 26 piedi, la sfera d’avorio “attracted the leaf-brass to the height of nearly 2 inches” (fr:541) [attrasse la foglia d’ottone all’altezza di quasi 2 pollici]. Il 31 maggio, a un’asta di 18 piedi viene legata una linea di 34 piedi, per un totale di 52 piedi: il tubo viene strofinato e “the electric virtue passed from the tube up the pole, and down the line to the ivory ball” (fr:544) [la virtù elettrica passò dal tubo su per l’asta e giù per la linea fino alla sfera d’avorio].

Non potendo disporre di altezze maggiori, Gray tenta il trasferimento orizzontale, ma fallisce. Con una cordicella di supporto che forma un anello su un chiodo infisso in una trave, l’estremità libera che regge la linea orizzontale con la sfera, “not the least sign of attraction was perceived” (fr:547) [non fu percepito il minimo segno di attrazione]. L’interpretazione è corretta: la virtù elettrica, giunta all’anello sospeso alla trave, “went up the same to the beam, so that none, or very little of it, came down to the ball” (fr:548) [risalì lo stesso fino alla trave, cosicché nessuna, o molto poca, giunse alla sfera]. Il ragionamento è stringente: se lo spago trasmette la virtù, non c’è motivo di pensare che la trasmetta tutta lungo una linea quando ne esiste un’altra verso la trave. Gray progetta allora di sfruttare la cupola della cattedrale di St. Paul a Londra, ma nel frattempo si reca a Otterden Place, residenza di Granville Wheler. È Wheler, appreso il fallimento del tentativo orizzontale, a proporre un supporto di “silk cord” (fr:559) [corda di seta]. Gray intuisce il vantaggio: la sottigliezza del supporto avrebbe comportato “less virtue carried away from the line of communication” (fr:560) [meno virtù portata via dalla linea di comunicazione]. Il testo lascia aperto un interrogativo sulle ragioni esatte di questa convinzione, ma essa introduce un elemento decisivo: la distinzione pratica tra materiali che disperdono la virtù elettrica e materiali che la conservano sulla linea di comunicazione. Ciò segna la nascita sperimentale della differenza tra conduttori e isolanti, fondamento degli sviluppi successivi.

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11 L’evoluzione sperimentale di Gray e Wheler e la nascita della distinzione tra conduttori e isolanti

Dall’allestimento di corde sospese in una galleria fino alle prime linee aeree su pali lunghe centinaia di piedi: il resoconto mostra come la ricerca sulla trasmissione della «virtù elettrica» abbia condotto alla fondamentale divisione dei materiali in due categorie.

L’indagine prende avvio con un allestimento interno, descritto con precisione: «Circa 4 piedi dall’estremità della galleria c’era una corda trasversale fissata per le estremità a ciascun lato della galleria con due chiodi; la parte centrale della corda era di seta, il resto a ogni estremità era di spago da imballaggio» – (fr:572). Su questa corda veniva appoggiata la linea di comunicazione, uno spago da imballaggio lungo 80 piedi e mezzo, con all’estremità una palla d’avorio sospesa a circa 9 piedi sotto il supporto (fr:573). L’altra estremità della linea era attaccata a un bastone di vetro strofinabile (fr:574). Tenendo foglia d’ottone sotto la palla su un foglio bianco, la «virtù elettrica» faceva sollevare e trattenere la foglia (fr:575‑576). Incoraggiati dal successo, i due sperimentatori allestirono una seconda corda trasversale e raddoppiarono il percorso della linea tornando verso l’estremità di partenza, con una lunghezza complessiva di 147 piedi (fr:577‑581). Anche in questo caso, strofinando il bastone, la palla attirava la foglia d’ottone.

L’estensione degli esperimenti proseguì spostandosi dalla galleria a un fienile (fr:582). Qui linee di spago da imballaggio lunghe fino a 293 piedi, sospese con cordicelle di seta, trasmisero con successo la virtù elettrica (fr:583). Il tentativo di aggiungere un ulteriore ritorno fece però spezzare i supporti di seta, non abbastanza robusti per reggere il peso della linea quando veniva scossa dallo strofinamento del tubo (fr:584). Sostituendo la seta con fili metallici, gli sperimentatori incontrarono un punto di svolta: il filo di ferro era troppo debole (fr:585), ma nemmeno un filo di ottone di spessore maggiore, pur sostenendo la linea, permise alcuna attrazione alla palla, neppure usando un «grande tubo» al posto del piccolo bastone solido (fr:586‑587).

Fu qui che l’osservazione sperimentale si trasformò in una scoperta concettuale. Fino a quel momento Gray aveva implicitamente verificato un’ipotesi di lavoro ristretta: «se sosteniamo lo spago da imballaggio con una sottile cordicella di seta, la palla si elettrizzerà quando il tubo viene strofinato» – (fr:588). L’esperimento con il filo di ottone mirava a verificare un’ipotesi analoga, semplicemente sostituendo la seta con un filo metallico sottile: «se sosteniamo lo spago da imballaggio con un sottile filo di ottone, la palla si elettrizzerà quando il tubo viene strofinato» – (fr:589). Tale ipotesi non fu confermata (fr:590). Gray ne trasse una conclusione precisa, che rovesciava la sua precedente supposizione: «Questo ci convinse che il successo che avevamo ottenuto in precedenza dipendeva dal fatto che le corde che sostenevano la linea di comunicazione erano di seta, e non dal fatto che fossero sottili, come prima della prova avevo immaginato potesse essere» – (fr:593). La spiegazione del fenomeno era chiara: «l’effetto qui era lo stesso di quando la linea che trasmetteva la virtù elettrica era sostenuta da spago da imballaggio; cioè, quando l’effluvio arrivava al filo che sosteneva la linea, passava attraverso di esso al legno a cui ciascuna estremità era fissata, e così non procedeva oltre nella linea che doveva portarlo alla palla d’avorio» – (fr:594).

L’annotazione successiva è inequivocabile: «Questa fu una scoperta importante» – (fr:595). Essa comportava che «le sostanze possono essere divise in due categorie: quelle che trasmettono prontamente la virtù elettrica, e quelle che non lo fanno» – (fr:596), categorie che oggi chiamiamo conduttori e isolanti (fr:597). Il testo aggiunge che le sostanze riconosciute come non conduttrici, e quindi adatte come isolatori, sono quelle che Gilbert aveva definito «elettrici» (fr:598). Grazie a questa distinzione, Gray e Wheler poterono isolare correttamente la loro «linea di comunicazione» e, al tempo stesso, «aprire questo campo di sperimentazione a un’indagine estesa» – (fr:600).

La nuova comprensione venne subito messa alla prova su scala ancora maggiore. I due vollero «provare fin dove la virtù attrattiva potesse essere trasportata in linea retta» – (fr:601). Una linea di comunicazione lunga 650 piedi fu stesa all’esterno: un’estremità, con la palla d’avorio, era sospesa a una corda di seta fissata alla finestra del solaio, alta circa 40 piedi (fr:602); l’altra estremità era agganciata al tubo di vetro (fr:607). Lungo il percorso furono piantati pali di circa 10 piedi, disposti a coppie a circa 100 piedi di distanza l’uno dall’altro (fr:603‑604); sulle loro sommità erano tese le corde trasversali di seta su cui poggiava la linea (fr:605). La foglia d’ottone, tenuta sotto la palla, diede attrazione ripetuta, e Wheler, raggiungendo l’operatore sul campo, strofinò egli stesso il tubo per mostrare il fenomeno (fr:606‑609). Il testo riporta tuttavia un intoppo: «l’esperimento veniva fatto di sera, e alla fine cominciò a cadere la rugiada […] e l’attrazione cessò» – (fr:611). L’autore attribuisce l’interruzione più al proprio calore corporeo che alla rugiada (fr:612). Con questa prova su 650 piedi, i due sperimentatori avevano di fatto eretto «le prime linee di trasmissione aeree su pali» – (fr:613). In seguito realizzarono linee ancora più lunghe e dimostrarono che la virtù poteva viaggiare simultaneamente dal tubo eccitato verso tre linee diverse, raggiungendo ambienti distinti della casa (fr:614). Il brano si chiude con un riferimento a un possibile sviluppo tecnico futuro, rammaricandosi che Gray e Wheler non sostituirono i loro tubi e bastoni di vetro con un generatore simile a quello di Hauksbee (Fig.) – (fr:615).

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12 Gli esperimenti di Gray sull’elettrizzazione senza contatto

Gli esperimenti condotti da Stephen Gray mostrano che la virtù elettrica può essere comunicata a un corpo senza toccarlo, facendo sì che un peso di piombo sospeso attragga e respinga ripetutamente un elettroscopio a foglia.

Il resoconto si apre con un’affermazione programmatica: “At Mr. Godfrey’s I made the following experiments showing that the electric virtue may be carried from the tube to the line of communication without touching the latter.” - (fr:624) [A casa del signor Godfrey eseguii i seguenti esperimenti che mostrano come la virtù elettrica possa essere trasportata dal tubo alla linea di comunicazione senza toccarla.] Per realizzare la prova, Gray allestisce un sistema semplice ma ben descritto: “… I took a piece of hairline, such as linen clothes are dried on and of about n feet in length, and suspended … the upper end from a nail driven into one of the rafters in the garret.” - (fr:625) [… presi un pezzo di filo per biancheria, di quelli su cui si stendono i panni di lino, lungo circa n piedi, e sospesi … l’estremità superiore a un chiodo conficcato in una trave del solaio.] All’estremità inferiore del filo fissa un peso di piombo mediante un anello di ferro (fr:626) e dispone sotto di esso un elettroscopio a foglia d’ottone (leaf-brass) (fr:627).

L’osservazione cruciale è registrata in modo puntuale: “When the tube was rubbed and then held near the line, but without touching it, the leaden weight attracted and repelled the leaf-brass for several times together, to the height of 3, if not 4, inches.” - (fr:628) [Quando il tubo veniva strofinato e poi tenuto vicino alla linea, ma senza toccarla, il peso di piombo attirava e respingeva la foglia d’ottone più volte di seguito, fino a un’altezza di 3, se non 4, pollici.] L’effetto dipendeva dalla posizione del tubo strofinato: “When the tube was held 3 or 4 feet above the weight, there would be an attraction; but when it was held higher up, so as to be near the rafter from which the clothesline was hung, there would be no attraction.” - (fr:629) [Quando il tubo veniva tenuto 3 o 4 piedi sopra il peso, si verificava un’attrazione; ma quando veniva tenuto più in alto, in modo da essere vicino alla trave a cui era appeso il filo da bucato, non si verificava alcuna attrazione.] La descrizione mostra che il solo avvicinamento del tubo elettrizzato al filo, senza contatto, induce uno stato elettrico nel sistema sospeso, rivelato dal movimento del leaf-brass.

Il commento successivo sintetizza il significato fisico dell’osservazione: “… Gray has found that, when the excited tube is held close to, but not touching, another object — here the clothesline with attached leaden weight — the latter becomes electrified, as shown by the fact that the weight attracts the leaf-brass.” - (fr:630) [… Gray scoprì che, quando il tubo eccitato è tenuto vicino, ma non a contatto, a un altro oggetto — qui il filo da bucato con il peso di piombo attaccato — quest’ultimo diventa elettrizzato, come dimostrato dal fatto che il peso attira la foglia d’ottone.] Viene quindi istituito un parallelo diretto con un’esperienza anteriore: “This is the same phenomenon — electrification by influence — that Hauksbee encountered when he held a partially evacuated glass vessel close to, but not touching, his electrical generator and saw light produced, indicating that the vessel had become electrified (p. …” - (fr:631) [Questo è lo stesso fenomeno — elettrificazione per influenza — che Hauksbee incontrò quando tenne un recipiente di vetro parzialmente evacuato vicino, ma senza toccarlo, al suo generatore elettrico e vide prodursi luce, indicando che il recipiente si era elettrizzato (p. …]. L’accostamento mostra come il lavoro di Gray fornisca una testimonianza consapevole dell’induzione elettrostatica, riconnettendola alla luminescenza ottenuta da Hauksbee in un vaso sotto vuoto parziale.

Il brano ha un significato storico di rilievo perché documenta una delle prime dimostrazioni controllate del fenomeno dell’influenza elettrica, distinta dalla conduzione per contatto e dalla semplice attrazione. Mentre Hauksbee aveva osservato un effetto luminoso senza identificarlo con precisione teorica, Gray ne offre una prova meccanica riproducibile, misurando l’ampiezza dei moti (3-4 pollici) e la dipendenza dalla distanza e dalla posizione relativa. L’apparato – il tubo strofinato, la corda da bucato, il peso di piombo e l’elettroscopio a foglia – è un esempio delle risorse sperimentali tipiche del primo Settecento, e la scelta di sospendere il filo da una trave del solaio conferisce alla scena un carattere da laboratorio domestico che illumina la pratica scientifica dell’epoca.

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13 Le prime scoperte elettriche di Charles François du Fay

Nel 1733, un nuovo ricercatore francese si affacciò sulla scena scientifica e, a partire dagli esperimenti di Gray, giunse in pochi mesi a risultati di notevole rilievo.

Nel corso del 1733 gli studi sull’elettricità conobbero una svolta significativa grazie all’ingresso di un nuovo protagonista. “However, in the next year, 1733, there appeared on the scene a new investigator, in France, who became interested in Gray’s experiments and, in repeating some of them, made discoveries of unusual importance.” – (fr:647) [Tuttavia, l’anno successivo, il 1733, apparve sulla scena un nuovo ricercatore, in Francia, il quale si interessò agli esperimenti di Gray e, ripetendone alcuni, fece scoperte di insolita importanza.] Quel ricercatore era Charles François de Cisternay du Fay (1698‑1739), il cui percorso personale si distaccava nettamente da quello del più artigianale Stephen Gray. “He differed markedly from Stephen Gray in being more broadly educated and experienced.” – (fr:650) [Si discostava nettamente da Stephen Gray per l’educazione e l’esperienza più ampie.] Formatosi inizialmente come soldato ma minato dalla salute cagionevole, du Fay transitò attraverso la diplomazia per dedicarsi infine interamente alle scienze. “Du Fay (1698-1739) was trained originally as a soldier; but being in poor health, he eventually turned to diplomacy and then to scientific investigation, to which he devoted the latter part of his life.” – (fr:649) [Du Fay (1698‑1739) fu addestrato in origine come soldato; ma, a causa della salute malferma, si volse infine alla diplomazia e poi all’indagine scientifica, alla quale dedicò l’ultima parte della sua vita.] Membro dell’Accademia francese delle Scienze, seppe distinguersi in tutte le discipline coltivate dall’istituzione: “namely, goemetry, astronomy, physics, chemistry, botany, and anatomy.” – (fr:651) [ovvero geometria, astronomia, fisica, chimica, botanica e anatomia.]

L’incontro con l’elettricità avvenne nella primavera del 1733, quando du Fay venne a conoscenza del lavoro di Gray e si mise immediatamente a condurre ricerche analoghe. “It was in the spring of 1733 that Dufay first learned of Gray’s work, and he immediately set out to make similar investigations of his own.” – (fr:652) [Fu nella primavera del 1733 che Dufay apprese per la prima volta del lavoro di Gray, e subito si accinse a condurre indagini simili per proprio conto.] Il ritmo fu serrato: già nel dicembre dello stesso anno egli preparò una sintesi dei risultati raggiunti, inviandola in Inghilterra per essere presentata alla Royal Society, di cui era Fellow. “In December of the same year he prepared a summary of the electrical researches that he had accomplished in this brief period and sent it to England for presentation to the Royal Society” – (fr:653) [Nel dicembre dello stesso anno preparò un riassunto delle ricerche elettriche che aveva compiuto in quel breve periodo e lo inviò in Inghilterra per essere presentato alla Royal Society.] La comunicazione, redatta in forma di lettera indirizzata al Duca di Richmond e Lennox, fu prontamente tradotta in inglese e pubblicata sulle Philosophical Transactions del “This letter, which describes the experiments and discoveries of Dufay’s that are of most interest to us, was soon translated into English and published in the Philosophical Transactions for” – (fr:654) [Questa lettera, che descrive gli esperimenti e le scoperte di Dufay che più ci interessano, fu presto tradotta in inglese e pubblicata nelle Philosophical Transactions del ] I dettagli editoriali ne fissano con precisione la provenienza: “A Letter from Möns. Du Fay, F. R. S. and of the Royal Academy of Sciences at Paris, to his Grace CHARLES Duof Richmond and Lenox, concerning Electricity. Translated from the French. . . . Paris, December 27,” – (fr:655-658) [Lettera del Sig. Du Fay, F.R.S. e dell’Accademia Reale delle Scienze di Parigi, a Sua Grazia Charles Duca di Richmond e Lennox, riguardante l’Elettricità. Tradotta dal francese. … Parigi, 27 dicembre ]

Nell’esordio della missiva du Fay dichiara apertamente il proprio debito verso la Royal Society e verso due suoi membri, riconoscendo che furono proprio gli scritti di Gray e del compianto Hauksbee a fornirgli gli spunti decisivi. “I owe this homage to that illustrious body, not only as a member thereof, but as a debtor to its works, in that the writings of Mr. Gray and of the late Mr. Hau, both of that Society, first put me upon the subject and furnished me with the hints that led me to the following discoveries.” – (fr:660) [Rendo questo omaggio a quell’illustre corpo, non solo come suo membro, ma come debitore verso i suoi lavori, poiché gli scritti del Sig. Gray e del compianto Sig. Hauksbee, entrambi di quella Società, mi indirizzarono per primi all’argomento e mi fornirono gli spunti che mi condussero alle seguenti scoperte.]

Tra quelle prime acquisizioni sperimentali fornite nella lettera, quella che costituisce il nucleo più originale riguarda l’estensione della classe di materiali elettrizzabili. Du Fay osserva infatti che, eccettuati i metalli e i corpi molli o liquidi, è possibile rendere elettrici tutti gli altri corpi riscaldandoli più o meno intensamente e poi strofinandoli con un panno qualsiasi. “First, I have found that all bodies (metallic and soft or liquid bodies excepted) may be made electrical by first heating them more or less and then rubbing them on any sort of cloth.” – (fr:661) [In primo luogo, ho trovato che tutti i corpi (eccettuati quelli metallici e quelli molli o liquidi) possono essere resi elettrici scaldandoli prima più o meno e poi strofinandoli su un qualsiasi tipo di panno.] Questa generalizzazione, ottenuta in un volgere di mesi, aggiungeva un tassello cruciale al quadro che Gray aveva cominciato a tracciare, mostrando come il comportamento elettrico non fosse confinato a singole sostanze ma rappresentasse una proprietà molto più diffusa nella materia, purché si adottassero le opportune condizioni di preparazione.

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14 Gli esperimenti di Dufay sull’elettrizzazione per influenza e l’influenza del colore

Il resoconto segue il filo delle indagini di Dufay a partire dalle lettere di Gray, mettendo a fuoco quattro nuclei sperimentali che precisano, e in parte correggono, le conoscenze sull’elettricità statica del primo Settecento. Dufay rileva innanzitutto che “Metals are still excepted, but otherwise it seems that everything which can really be rubbed can thereby be electrified” – (fr:667) [I metalli restano ancora esclusi, ma per il resto sembra che tutto ciò che può essere efficacemente strofinato possa con ciò essere elettrizzato.]. L’eccezione dei metalli viene mantenuta, ma l’universalità del fenomeno per tutti gli altri corpi strofinabili è già affermata.

L’interesse si sposta poi sull’elettrizzazione per influenza. Dufay ricorda di aver letto in una lettera di Gray del 1732 che “water may be made electrical by holding the excited glass tube near it [thus electrifying it by influence]” – (fr:668) [l’acqua può essere resa elettrica tenendo il tubo di vetro eccitato vicino ad essa [elettrizzandola così per influenza]] e constata per via sperimentale che “the same thing happens to all bodies without exception, whether solid or liquid” – (fr:668) [la stessa cosa accade a tutti i corpi senza eccezione, siano solidi o liquidi]. Per ottenere l’effetto bastava “set them on a glass-stand that had been slightly warmed, or merely dried; and then upon bringing the tube near them, they immediately became electrical” – (fr:669) [porli su un supporto di vetro leggermente riscaldato, o semplicemente asciugato; e all’avvicinare il tubo diventavano immediatamente elettrici]. L’esperimento viene ripetuto su ghiaccio, su un carbone acceso e su ogni corpo gli venisse in mente. Dufay annota un’osservazione cruciale: “those bodies which of themselves were least electrical had the greatest degree of electricity communicated to them at the approach of the glass tube” – (fr:670) [quei corpi che di per sé erano meno elettrici ricevevano il massimo grado di elettricità all’avvicinarsi del tubo di vetro]. Il testo giudica questo rilievo “an important observation, but its full significance apparently escaped him” – (fr:671) [un’osservazione importante, ma il suo pieno significato gli sfuggì apparentemente] e aggiunge che “it provides a clue to a fuller understanding of the most ancient of all electrical observations, namely, that a rubbed object attracts other objects” – (fr:672) [fornisce un indizio per una comprensione più completa della più antica tra tutte le osservazioni elettriche, cioè che un oggetto strofinato ne attrae altri].

Il terzo nucleo riguarda il colore. Gray aveva affermato che “bodies attract more or less according to their colors” – (fr:673) [i corpi attraggono più o meno a seconda dei loro colori], il che spinse Dufay a “make several very singular experiments” – (fr:674) [fare diversi esperimenti assai singolari]. Egli prese nove nastri di seta di uguali dimensioni – uno bianco, uno nero e sette dei sette colori primari – e li appese ordinatamente a un filo. Accostando il tubo strofinato, “the black one was attracted first, the white one next, and the others in order successively to the red one, which was attracted least” – (fr:676) [quello nero fu attratto per primo, quello bianco subito dopo, e gli altri in ordine fino al rosso, che fu attratto meno di tutti]. Ciò lo portò dapprima a supporre che “the colors contributed much to electricity” – (fr:677) [i colori contribuissero molto all’elettricità]. Ma esperimenti successivi lo convinsero del contrario: “If the ribbons are first warmed, then the black and white are no more strongly attracted than are the rest” – (fr:679) [Se i nastri vengono prima riscaldati, allora il nero e il bianco non sono più attratti più fortemente degli altri]; “If … the ribbons are wetted, they are all attracted equally” – (fr:680) [se i nastri vengono bagnati, sono tutti attratti in modo uguale]; e proiettando lo spettro di un prisma su una garza bianca “there appear no differences of attraction” – (fr:681) [non appaiono differenze di attrazione]. La conclusione è netta: “this difference proceeds not from the color, as a color, but from the substances that are employed in the dyeing” – (fr:682) [questa differenza non deriva dal colore in quanto colore, ma dalle sostanze impiegate nella tintura]. Infatti, colorando nastri con carbone, carminio e sostanze analoghe “the differences no longer proved the same” – (fr:683) [le differenze non risultarono più le stesse].

Il testo inquadra storicamente l’indagine: Gray’s esperimento con oggetti colorati era apparso a Dufay meritevole di approfondimento, perché “if it were found that color does influence the degree of attraction, this conceivably could have meant that there is some intimate relation between light and electricity” – (fr:684) [se si fosse trovato che il colore influenza il grado di attrazione, ciò avrebbe potuto significare che esiste una qualche relazione intima tra luce ed elettricità]. Dufay, in una memoria pubblicata sui Mémoires dell’Accademia delle Scienze di Parigi, argomenta che se il colore da solo fosse responsabile delle differenze, non dovrebbe contare se la materia colorante sia artificiale o naturale; perciò prova foglie di piante e petali di fiori, trovando “all to be attracted equally well, regardless of their color” – (fr:686) [tutti ugualmente ben attratti, indipendentemente dal loro colore]. Poi, tornando ai nastri colorati, osserva che dopo riscaldamento o inumidimento l’attrazione diventa la stessa. Infine, per provare l’effetto del colore puro, separato dalla materia colorante, lascia passare la luce del sole attraverso un prisma di vetro formando uno spettro su una garza bianca: “each part of the gauze shows the same degree of attraction, no matter what is the color of the light falling upon it” – (fr:688) [ogni parte della garza mostra lo stesso grado di attrazione, qualunque sia il colore della luce che vi cade]. La conclusione definitiva è che il colore non è un fattore rilevante e che “the observed differences in attraction are due to the varying degrees of affinity for water possessed by the different substances used in dyeing the ribbons” – (fr:689) [le differenze di attrazione osservate sono dovute ai diversi gradi di affinità per l’acqua posseduti dalle differenti sostanze usate per tingere i nastri]. In tal modo Dufay neutralizza l’ipotesi di un legame diretto luce-elettricità e riconduce il fenomeno a una proprietà materiale banale ma misurabile, l’igroscopia dei coloranti.

Un quarto aspetto, più tecnico, chiude il passo: Dufay nota che, comunicando l’elettricità del tubo per mezzo di uno spago, secondo il metodo di Gray, “the experiment succeeded the better for wetting the line; and that the line may be supported on glass tubes instead of silk lines” – (fr:690) [l’esperimento riusciva meglio bagnando il filo; e che il filo può essere sostenuto su tubi di vetro invece che su fili di seta]. L’indicazione perfeziona la tecnica di trasmissione della virtù elettrica, sfruttando l’umidità per aumentare la conducibilità e sostituendo i sostegni isolanti con materiali più efficaci.

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15 Dalla “virtù elettrica” al fluido: nascita del concetto di carica nel Settecento

L’idea moderna di carica elettrica affonda le radici in un processo di sostanzializzazione: da proprietà trasferibile a fluido invisibile, fino alla speculazione sulla natura elettrica del fulmine.

Il resoconto segue l’evoluzione del pensiero elettrico nel XVIII secolo a partire dagli esperimenti di Stephen Gray. Gray accettò l’attrazione elettrica senza indagarne la natura, concentrandosi invece sulla scoperta che “la proprietà di attrazione — ‘la virtù elettrica’ — poteva essere trasferita da un oggetto a un altro” (fr:770). Parlava sempre di trasferimento di una virtù, ma la mentalità meccanicistica dell’epoca tradusse spontaneamente quella proprietà in una sostanza: “un secchio che diventa più pesante, presumibilmente, ha ricevuto qualcosa di pesante; un oggetto che si scalda ha ricevuto calore; e, per analogia, un oggetto si elettrizza perché gli viene aggiunta dell’elettricità” (fr:772). Così, poco dopo i lavori di Gray, il termine elettricità assume rapidamente il significato di una sostanza contenuta all’interno – o sulla superficie – di un corpo elettrizzato (fr:773). Tale sostanza, invisibile, offriva una spiegazione ragionevole dell’elettrizzazione per contatto: un oggetto elettrizzato per strofinio contiene questa elettricità invisibile e, toccandone uno non elettrizzato, gliene trasferisce una parte (fr:774).

La facilità del passaggio, diretto o tramite un filo, portò a concepire questa elettricità come un fluido che scorre agevolmente, spesso chiamato “fluido elettrico” (fr:775). È notevole che Dufay non menzioni mai un simile fluido (fr:776). Tuttavia la sua scoperta dei due stati di elettrizzazione (vitreo e resinoso) poteva essere spiegata ammettendo l’esistenza di due fluidi elettrici distinti – “uno vitreo e uno resinoso” – per cui un oggetto carico di uno di essi, per strofinio o per trasferimento, mostra la proprietà di essere elettrizzato (fr:777). Sebbene né Gray né Dufay usino esplicitamente il termine elettricità in senso sostanziale o parlino di fluido elettrico, i loro successori immediati lo fanno, e verso la metà del Settecento i fenomeni elettrici vengono spiegati attraverso lo schema concettuale noto come teoria dei due fluidi (fr:778).

La teoria poggiava su alcuni assunti precisi: (a) esistono due fluidi elettrici distinti, “vitreo” e “resinoso”; (b) un corpo non elettrizzato possiede quantità uguali dei due fluidi, che si neutralizzano a vicenda; (c) lo strofinio elettrizza un oggetto asportandone uno dei due tipi di fluido – ad esempio, il vetro strofinato mostra elettrizzazione “vitrea” perché lo strofinio avrebbe rimosso parte del fluido “resinoso”, lasciando un eccesso di “vitreo”; (d) quanto maggiore è la quantità di fluido rimosso, tanto maggiore è l’intensità dell’elettrizzazione (fr:779). Per quantità uguali si intendevano semplicemente le quantità presenti nell’oggetto non elettrizzato, cioè quelle che, sommate, annullano completamente i reciproci effetti (fr:780). L’elettrizzazione per conduzione era interpretata come trasferimento del fluido in eccesso da un corpo elettrizzato a uno neutro (fr:781).

L’atto di elettrizzare venne così a essere concepito come un riempire un oggetto con un fluido elettrico, immagine che, per analogia con il caricamento di un cannone con polvere da sparo, introdusse il verbo “to charge” (fr:782). L’espressione “caricare” nel senso di “elettrizzare” è sopravvissuta fino a oggi, e “carica elettrica” – o semplicemente “carica” – divenne presto sinonimo di “elettricità” o “fluido elettrico” (fr:783); da qui in avanti nel testo i tre termini sono usati in modo intercambiabile (fr:784).

Il generoso riconoscimento che Dufay tributò nella sua lettera all’opera del relativamente oscuro Gray diede avvio a una corrispondenza tra i due e incoraggiò Gray a nuove ricerche (fr:785). Proprio sperimentando con le scintille elettriche che Dufay aveva osservato e descritto, Gray notò un fenomeno cruciale: “quando un’asta metallica appuntita viene tenuta vicino a un oggetto elettrizzato, quest’ultimo perde la sua elettricità lentamente e quasi silenziosamente – si scarica – mentre con un’asta smussata la perdita avviene con un unico forte schiocco” (fr:786). L’osservazione del potere delle punte lo condusse a una conclusione di straordinaria lungimiranza: “Col tempo si potrà trovare un modo per raccogliere una maggiore quantità di… questo fuoco elettrico, che da molti di questi esperimenti (se è lecito paragonare cose piccole a grandi) sembra essere della stessa natura del tuono e del fulmine” (fr:787). In questa frase, l’elettricità, ormai pienamente sostanzializzata come “fuoco elettrico”, viene per la prima volta associata esplicitamente ai fenomeni atmosferici, prefigurando l’unificazione che di lì a poco Benjamin Franklin avrebbe dimostrato.

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16 Scienza, ragione e spettacolo: la diffusione del pensiero illuminista e la moda dell’elettricità

Il Settecento vide affermarsi un nuovo atteggiamento verso la natura, in cui la scienza divenne strumento di emancipazione intellettuale e, grazie all’opera di divulgatori e conferenzieri, un vero e proprio fenomeno sociale capace di varcare i confini nazionali.

Con il progredire delle conoscenze si consolidava la percezione di un ordine intrinseco nei fenomeni naturali, svincolato da forze arbitrarie. “With this came an increasing awareness of the orderliness of these phenomena, a sense of their independence of capricious and magical influences” – (fr:791) [Con ciò giunse una crescente consapevolezza dell’ordine di questi fenomeni, un senso della loro indipendenza da influenze capricciose e magiche]. Questa consapevolezza alimentò una nuova fiducia nelle capacità della mente umana: “there was a growing feeling of confidence in the exercise of personal judgment and understanding, as opposed to reliance on the dogmatic authority of others” – (fr:792) [si diffondeva un sentimento di fiducia nell’esercizio del giudizio e della comprensione personali, in opposizione all’affidarsi all’autorità dogmatica altrui].

Per allargare la platea dei lettori, le società scientifiche promossero un cambiamento linguistico decisivo. “To make the findings of science available to a wider circle of readers, the scientific societies encouraged their members to describe their work in the vernacular, rather than in Latin” – (fr:793) [Per rendere le scoperte scientifiche accessibili a un pubblico più ampio, le società scientifiche incoraggiavano i loro membri a descrivere il proprio lavoro in lingua volgare, anziché in latino]. Tuttavia, il compito di tradurre scoperte e mentalità scientifica in forme intellegibili fu assunto più dagli uomini di lettere che dagli scienziati: “it was less the scientists than the men of letters — the essayists, poets, novelists, and writers of popular scientific articles — who were rendering the discoveries and the new attitudes of science clear and intelligible to the public” – (fr:794) [furono meno gli scienziati che gli uomini di lettere – saggisti, poeti, romanzieri e autori di articoli scientifici divulgativi – a rendere chiare e comprensibili al pubblico le scoperte e i nuovi atteggiamenti della scienza]. Furono proprio costoro, tra i primi, a immaginare un’estensione della prospettiva scientifica ad ambiti come la politica, l’economia e la società. “Their attempts at such extension were often carried out too hastily and without sufficient regard for the limited applicability of many of the methods of the sciences” – (fr:796) [I loro tentativi di tale estensione furono spesso condotti con troppa fretta e senza sufficiente riguardo per l’applicabilità limitata di molti metodi scientifici]; ciononostante, miravano a esprimere gli ampi significati umani della scienza con un linguaggio dotato di forza immaginativa ed emotiva per ogni persona colta.

Questo fervore divulgativo, unito all’attività degli scienziati stessi, fece del XVIII secolo l’età dell’illuminismo o, più precisamente, “the age of the reign of common sense” – (fr:797) [l’età del regno del buon senso]. La scienza conobbe anche un successo mondano: “it was becoming the fashion among both the upper and the middle classes to attend popular scientific lectures and show interest in the sciences” – (fr:798) [divenne di moda, sia presso le classi elevate sia presso quelle medie, frequentare conferenze scientifiche popolari e mostrare interesse per le scienze].

In tale contesto, l’elettricità divenne una vera e propria mania. Ai tempi di Dufay, “electricity was the rage, and lecturers were busily engaged in devising spectacular experiments that were more nearly scientific recreations than researches” – (fr:799) [l’elettricità era una passione dilagante, e i conferenzieri erano impegnati a ideare esperimenti spettacolari che erano più simili a ricreazioni scientifiche che a ricerche]. L’interesse popolare si propagò rapidamente da Inghilterra e Francia all’Impero Germanico, dove l’attività scientifica aveva subito rallentamenti nella prima metà del secolo a causa del coinvolgimento in guerre esterne e conflitti politici interni. Benché gli scienziati tedeschi si mantenessero aggiornati, “it was apparently the demand for popular lectures that led them to make electrical experiments of their own” – (fr:801) [fu apparentemente la richiesta di conferenze popolari a spingerli a realizzare esperimenti elettrici in proprio]. Per rendere quelle dimostrazioni sempre più spettacolari, si cercavano mezzi per generare elettrizzazioni più intense. “When C. A. Hausen, lecturing at the Leipzig Academy in 1743, complained of the feebleness of the effects produced by a rubbed glass tube, he was reminded that Hauksbee had developed a frictional electrical generator” – (fr:803) [Quando C. A. Hausen, durante una conferenza all’Accademia di Lipsia nel 1743, si lamentò della debolezza degli effetti prodotti da un tubo di vetro strofinato, gli fu ricordato che Hauksbee aveva sviluppato un generatore elettrico a frizione]. La ricerca di effetti più vigorosi alimentò così l’evoluzione degli apparati sperimentali, legando indissolubilmente spettacolo e progresso tecnico.

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17 L’evoluzione del generatore triboelettrico e la strada verso il condensatore

Dal grande conduttore isolato allo strofinatore meccanico, il perfezionamento tecnico che trasformò le macchine elettriche in strumenti di meraviglia diffusa pose anche le premesse per il primo accumulatore di carica.

Bose, cercando effetti più spettacolari, ritenne che per raccogliere più elettricità dal generatore si potesse “replace the woman or boy with a large insulated metal object” – (fr:813) [sostituire la donna o il ragazzo con un grosso oggetto metallico isolato]. Dietro questa scelta stava l’idea di un fluido elettrico capace di immagazzinarsi in maggiore quantità in un corpo più voluminoso: “Apparently he was thinking in terms of an electrical fluid and consequently felt that more fluid could be stored in a larger object” – (fr:814) [Evidentemente ragionava in termini di un fluido elettrico e di conseguenza riteneva che un oggetto più grande potesse immagazzinarne di più]. Avendo a disposizione un grande telescopio, “he appropriated its metal tube, which was some 21 ft in length” – (fr:815) [si impossessò del suo tubo metallico, lungo circa 21 piedi]. Dopo prove preliminari tenendo il tubo in mano, “he suspended it by silk cords and, moreover, hit on the idea of collecting the electricity by means of conducting threads tied to the metal tube and with their loose ends resting on the surface of the spinning globe” – (fr:816) [lo sospese con cordoni di seta e, inoltre, ebbe l’idea di raccogliere l’elettricità per mezzo di fili conduttori legati al tubo metallico, con le estremità libere appoggiate sulla superficie del globo rotante]. Successivamente “Later investigators used a gun barrel as the insulated metal object and a metal chain in place of the threads” – (fr:817) [altri sperimentatori usarono una canna di fucile come oggetto metallico isolato e una catena metallica al posto dei fili].

Fino a quel momento la strofinatura era rimasta manuale: “Brought to you by | UCL - University College London Authenticated Download Date | 2/7/18 6:31 PM ELECTRIC CHARGE 593 Up to this time the globe of the generator had always been rubbed by placing the hand on it” – (fr:818) [Fino a quel momento, il globo del generatore era sempre stato strofinato appoggiandovi la mano]. Nel 1744 J. H. Winkler, professore di latino e greco a Lipsia e dilettante di esperimenti, “conceived the idea of using a mechanical ‘rubber,’ consisting of leather-covered cushions so mounted as to be pressed against the spinning globe by an adjustable screw” – (fr:819) [concepì l’idea di usare uno “strofinatore” meccanico, costituito da cuscinetti rivestiti di cuoio montati in modo da essere premuti contro il globo rotante mediante una vite regolabile]. Affinché questo strofinatore meccanico potesse imporsi, si dovette però comprendere “that it would work satisfactorily only when connected to some large object made of conducting material” – (fr:820) [che funzionava in modo soddisfacente solo se collegato a un grosso oggetto di materiale conduttore]. La terra costituiva un tale oggetto, e nella strofinatura a mano “it was connected to the earth through the human body, which is itself a conductor” – (fr:821) [essa era collegata a terra attraverso il corpo umano, che è esso stesso un conduttore]. Erano così delineati tutti i componenti essenziali: “All the essential parts of a good triboelectric generator had now been developed — the rotator driving a globe or cylinder, the metallic conductor for collecting the electricity, and the mechanical ‘rubber’” – (fr:822) [Tutte le parti essenziali di un buon generatore triboelettrico erano ormai state sviluppate: il rotore che aziona una sfera o un cilindro, il conduttore metallico per raccogliere l’elettricità e lo strofinatore meccanico].

La rincorsa a macchine più potenti spinse a “mounting together several globes that could be rotated on the same shaft” – (fr:823) [montare insieme più globi che potevano ruotare sullo stesso asse]. Bose stesso dichiarò di aver ottenuto scintille vivacissime con un apparato che impiegava “three globes … and a beer glass” – (fr:824) [tre globi … e un bicchiere da birra]. Come Hauksbee, Bose studiò le scariche luminose in recipienti parzialmente evacuati e osservò che quei bagliori “flowed, and turned, and wandered and flashed,” tanto che “no name is so applicable to them as that of Northern Lights” – (fr:825) [“scorrevano, giravano, vagavano e lampeggiavano”, tanto che “nessun nome è loro più appropriato di quello di Luci del Nord”]. Nel 1745 l’entusiasmo era tale che la gente accorreva perfino alle lezioni universitarie, “often ‘crowding the students out of their seats’” – (fr:826) [spesso “rubando i posti agli studenti”]. Nel frattempo “German artisans were now building generators and finding a good market for them among well-to-do people who amused themselves by repeating experiments in their homes” – (fr:827) [artigiani tedeschi costruivano generatori e trovavano un buon mercato fra persone benestanti che si divertivano a ripetere esperimenti in casa]. Tra questi dilettanti figurava “a clergyman of Pomerania, E. G. von Kleist” – (fr:828) [un pastore della Pomerania, E. G. von Kleist].

“Evolution of the electrical condenser” – (fr:829) [Evoluzione del condensatore elettrico] è la didascalia che introduce il passo successivo. All’epoca si credeva che la graduale perdita di carica all’aria aperta derivasse dall’“evaporation” – (fr:830) [dall’“evaporazione” del fluido elettrico]. La domanda che aprì la via al primo condensatore fu proprio: “Could this ‘evaporation’ be reduced by enclosing the electrified body in a container?” – (fr:831) [Si poteva ridurre questa “evaporazione” racchiudendo il corpo elettrizzato in un contenitore?]. Il ragionamento, nato all’interno della concezione fluidica dell’elettricità, avrebbe condotto di lì a poco alla bottiglia di Leida.

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18 Dalla scossa fortuita al condensatore: la nascita e il perfezionamento della bottiglia di Leida

La comprensione del ruolo puramente conduttivo del corpo umano trasformò un curioso fenomeno da salotto in un dispositivo elettrico definito e migliorabile.

Il resoconto descrive un passaggio cruciale nella storia dell’elettricità, in cui un effetto spettacolare viene progressivamente spogliato di interpretazioni vitalistiche e ricondotto a principi fisici, aprendo la strada a miglioramenti tecnici rapidi e concreti. Si parte dalla descrizione di un’esperienza fisica intensa: “Se la fiasca è posta su un supporto metallico su un tavolo di legno, allora colui che tocca questo metallo anche solo con la punta del dito e fa scoccare la scintilla con l’altra mano riceve una grande scossa.” (fr:854). L’osservazione viene immediatamente ricondotta a un precedente, riconoscendo che “Questo, naturalmente, è essenzialmente lo stesso esperimento che Kleist aveva riportato.” (fr:855).

Il contributo distintivo di Musschenbroek non risiede quindi nella scoperta del fenomeno in sé, ma nella sua riconfigurazione sperimentale. Il testo evidenzia il superamento di un vincolo operativo: “Tuttavia, vediamo che Musschenbroek andò oltre, mostrando come far funzionare l’esperimento senza dover tenere la fiasca in mano.” (fr:856). Questa modifica apparentemente semplice ebbe una conseguenza concettuale profonda, smantellando l’ipotesi di un ruolo fisiologico attivo. “Qui il corpo umano non è più una parte essenziale dell’apparecchio, e non è necessario speculare se una qualche sorta di ‘elettricità animale’ stia producendo gli effetti osservati.” (fr:857). La conclusione è netta e ridefinisce la funzione dell’operatore in termini puramente fisici: “In breve, ciò che Musschenbroek aveva dimostrato era che il corpo dell’operatore funge semplicemente da conduttore elettrico che collega il supporto metallico della fiasca al filo che è a contatto con l’interno della fiasca.” (fr:858).

La formalizzazione della scoperta e la sua diffusione portarono alla stabilizzazione della nomenclatura. “L’articolo di Nollet nelle Mémoires attirò vasta attenzione, e così la scoperta, riportata da Leida, fu generalmente chiamata esperimento di Musschenbroek, o di Leida, mentre il dispositivo stesso divenne noto come bottiglia di Leida.” (fr:859). Con un nome e un principio di funzionamento chiarito, il dispositivo divenne oggetto di un’intensa attività di perfezionamento: “I miglioramenti della bottiglia di Leida giunsero ora rapidamente, specialmente in Inghilterra e Germania.” (fr:860).

La fase successiva fu caratterizzata dall’identificazione degli elementi essenziali del dispositivo, a discapito di quelli accessori. Il progresso fondamentale fu la comprensione della superfluità del liquido: “Si scoprì che non era necessario usare un liquido nella giara o bottiglia, il punto importante essendo che sia l’interno che l’esterno del recipiente fossero ricoperti di materiale conduttore.” (fr:861). Questo portò a una rapida evoluzione delle tecniche costruttive, documentata attraverso due esempi concreti e ingegnosi. “Un ricercatore sostituì il liquido con pallini metallici.” (fr:862). Altri, invece, svilupparono una soluzione che definì l’archetipo della bottiglia di Leida: “Altri ebbero l’idea di ricoprire il fondo e le pareti inferiori della giara, dentro e fuori, con stagnola; una catenella serviva a collegare questo rivestimento interno con il filo o l’asta fissata all’imboccatura della giara.” (fr:863). In questo modo, il dispositivo smise di essere un contenitore di fluidi e divenne un sistema a due armature conduttrici separate da un dielettrico.

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19 L’ingresso di Franklin nell’elettricità: dalla dimostrazione bostoniana al laboratorio collettivo

La scintilla che trasformò un affermato cittadino di Filadelfia nel più celebre pioniere americano della scienza elettrica, alimentata da esperienze condivise e dalla diffusione capillare degli strumenti.

Benjamin Franklin si avvicinò per la prima volta allo studio sistematico dell’elettricità solo in età matura, come egli stesso ricorda: “BENJAMIN FRANKLIN’S EXPERIMENTS, THEORIES, AND INVENnoNs Benjamin Franklin (1706-1790) was close to 37 years of age when he first encountered the “wonders of electricity.” – (fr:873) [Benjamin Franklin era vicino ai 37 anni quando incontrò per la prima volta le “meraviglie dell’elettricità.”] L’occasione fu un viaggio a Boston, probabilmente nel 1743, durante il quale conobbe il dottor Spencer, un divulgatore scientifico giunto dalla Scozia, “who was lately arrived from Scotland, and show’d me some electrical experiments.” – (fr:874) [il quale era giunto di recente dalla Scozia e mi mostrò alcuni esperimenti elettrici.] Quegli esperimenti, benché eseguiti senza grande perizia, ebbero su di lui un effetto dirompente: “These were imperfectly perform’d, as he was not very expert; but, being on a subject quite new to me, they equally surpris’d and pleased me.” – (fr:875) [Furono eseguiti in modo imperfetto, poiché egli non era molto esperto; ma, trattandosi di un argomento del tutto nuovo per me, mi sorpresero e mi piacquero in egual misura.]

A quell’epoca Franklin era già un uomo ben inserito nel tessuto sociale e intellettuale della colonia: “Franklin was by this time an established businessman, a successful publisher and journalist, and a prominent citizen and active public servant of Philadelphia and the Pennsylvania Colony.” – (fr:876) [A quel tempo Franklin era un uomo d’affari affermato, un editore e giornalista di successo, e un cittadino di spicco e attivo funzionario pubblico di Filadelfia e della Colonia della Pennsylvania.] Il suo interesse per la conoscenza utile aveva radici lontane. “By the time he was 21, he had become acquainted, in England, with various men of science and, in Philadelphia, had been instrumental in forming a discussion club called the ‘Junto’ which later, with his help, developed into the American Philosophical Society ‘for promoting useful knowledge.’” – (fr:877) [Già a 21 anni, in Inghilterra, era entrato in contatto con diversi uomini di scienza e, a Filadelfia, aveva contribuito a formare un club di discussione chiamato “Junto”, che più tardi, con il suo aiuto, si trasformò nella American Philosophical Society “per la promozione della conoscenza utile.”] Quel sodalizio rappresentava la prima società scientifica del Paese ed esisteva ancora al momento in cui egli scriveva: “It was the first scientific society in this country and is still in existence.” – (fr:878) [Fu la prima società scientifica in questo paese ed è tuttora esistente.]

Dopo lo stimolo ricevuto dalle esibizioni di Spencer, Franklin si procurò la sua prima attrezzatura elettrica in circostanze che egli stesso descrisse nell’Autobiografia: “Some time after his interest in electricity had been aroused by Dr. Spencer’s experiments, Franklin acquired his first piece of electrical equipment.” – (fr:879) [Qualche tempo dopo che il suo interesse per l’elettricità era stato suscitato dagli esperimenti del dottor Spencer, Franklin acquistò il suo primo strumento elettrico.] Il dono giunse tramite la compagnia della biblioteca in cui era attivamente coinvolto. “He relates the circumstances in his Autobiography : Soon after my return to Philadelphia, our library company receiv’d from Mr. P. Collinson, Fellow of the Royal Society of London, a present of a glass tube, with some account of the use of it in making such experiments.” – (fr:880) [Racconta le circostanze nella sua Autobiografia: Poco dopo il mio ritorno a Filadelfia, la nostra compagnia della biblioteca ricevette dal signor P. Collinson, membro della Royal Society di Londra, un tubo di vetro in dono, con qualche indicazione sul suo impiego per realizzare tali esperimenti.] Franklin se ne impadronì con entusiasmo, sfruttandolo per riprodurre e ampliare quanto aveva osservato: “I eagerly seized the opportunity of repeating what I had seen in Boston: and, by much practice, acquir’d great readiness in performing those also which we had an account of from England, adding a number of new ones.” – (fr:881) [Colsi con entusiasmo l’occasione di ripetere ciò che avevo visto a Boston e, con molta pratica, acquisii grande prontezza nell’eseguire anche quelli di cui avevamo notizia dall’Inghilterra, aggiungendone di nuovi.]

L’attività sperimentale divenne immediatamente un fenomeno sociale. “I say with much practice, for my house was continually full, for some time, with people who came to see these new wonders.” – (fr:882) [Dico con molta pratica, perché per qualche tempo la mia casa fu continuamente piena di persone che venivano a vedere queste nuove meraviglie.] Per gestire l’afflusso e diffondere le conoscenze, Franklin fece produrre altri tubi di vetro presso una vetreria locale, dando vita a un embrionale laboratorio condiviso. “To divide a little this incumbrance among my friends, I caused a number of similar tubes to be blown at our glasshouse with which they furnish’d themselves, so that we had at length several performers.” – (fr:883) [Per dividere un po’ quest’incombenza tra i miei amici, feci soffiare un certo numero di tubi simili nella nostra vetreria, di cui essi si dotarono, cosicché alla fine avevamo parecchi sperimentatori.]

Questo intreccio tra risorse bibliotecarie e pratica elettrica affondava le radici nell’impresa collettiva a cui Franklin aveva dato impulso. “The ‘library company’ mentioned by Franklin was a circulating library, the first in America, which he and some other Junto members had organized to assist the members in their reading, and contribute to the general education.” – (fr:884) [La “compagnia della biblioteca” menzionata da Franklin era una biblioteca circolante, la prima in America, che lui e alcuni altri membri del Junto avevano organizzato per aiutare i soci nelle loro letture e contribuire all’educazione generale.] Così il primo incontro con l’elettricità, da spettacolo imperfetto a Boston, si trasformò nel germe di una ricerca metodica e comunitaria, in cui lo strumento – il tubo di vetro – si fece veicolo di conoscenza condivisa.

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20 Il fluido elettrico e la nascita dei termini “positivo” e “negativo”

Un esperimento con tre persone e un tubo di vetro conduce Benjamin Franklin a formulare la distinzione tra elettricità plus e minus, gettando le basi della moderna terminologia sulla carica elettrica.

Il testo descrive un momento cruciale nella storia dell’elettricità, in cui si passa dall’osservazione dei fenomeni alla costruzione di un modello teorico coerente. Tre soggetti, designati A, B e C, partecipano a un esperimento: A e B stanno su pani di cera (isolati da terra), C sta sul pavimento. A strofina un tubo di vetro, operazione che separa il “fuoco elettrico” (fluido elettrico) secondo uno schema che verrà spiegato. Se, dopo aver eccitato il tubo e ricevuto la scintilla, A e B si avvicinano, “If they touch each other after exciting the tube and drawing the fire as aforesaid, there will be a stronger spark between them than was between either of them and the person on the floor.” – (fr:907) [Se si toccano dopo aver eccitato il tubo e prelevato il fuoco come detto, ci sarà una scintilla più forte tra loro di quanto ve ne fosse tra uno di loro e la persona sul pavimento.] Questa scintilla vigorosa segna una differenza di condizione elettrica molto marcata, ma subito dopo si osserva un fatto fondamentale: “After such strong spark, neither of them discovers any electricity [that is, they are no longer electrified].” – (fr:909) [Dopo una scintilla così forte, nessuno dei due manifesta elettricità (cioè non sono più elettrizzati).]

La spiegazione teorica si fonda su un postulato di partenza: “We suppose, as aforesaid, that electrical fire [electrical fluid] is a common element, of which every one of the three persons aforementioned has his equal share before any operation is begun with the tube.” – (fr:911) [Supponiamo, come detto, che il fuoco elettrico (fluido elettrico) sia un elemento comune, del quale ciascuna delle tre persone suddette possiede una quota uguale prima che si inizi qualsiasi operazione con il tubo.] Durante la strofinazione, “A, who stands on wax and rubs the tube, collects the electrical fire from himself into the glass; and his communication with the common stock being cut off by the wax, his body is not again immediately supply’d.” – (fr:912) [A, che sta sulla cera e strofina il tubo, raccoglie il fuoco elettrico da se stesso nel vetro; ed essendo la sua comunicazione con la riserva comune tagliata dalla cera, il suo corpo non viene immediatamente rifornito.] Contemporaneamente, “Β (who stands on wax likewise), passing his knuckle along near the tube, receives the fire which was collected by the glass from A: and his communication with the common stock being likewise cut off, he retains the additional quantity received.” – (fr:913) [B (che sta anch’egli sulla cera), passando le nocche vicino al tubo, riceve il fuoco che il vetro ha raccolto da A: e anche la sua comunicazione con la riserva comune è tagliata, trattiene la quantità aggiuntiva ricevuta.]

Il terzo soggetto, C, funge da riferimento: avendo solo la quantità normale, “to C, standing on the floor, both appear to be electrized: for C, having only the middle [normal] quantity of electrical fire, receives a spark upon approaching B, who has an over-quantity, but gives one to A, who has an under-quantity.” – (fr:914) [A C, che sta sul pavimento, entrambi appaiono elettrizzati: poiché C, avendo solo la quantità media (normale) di fuoco elettrico, riceve una scintilla avvicinandosi a B, che ne ha in eccesso, ma ne cede una ad A, che ne ha in difetto.] Di conseguenza, dopo il contatto tra A e B, la differenza si annulla e “after such touch there is no spark between either of them and C, because the electrical fire in all is reduced to the original equality.” – (fr:915) [Dopo tale contatto non c’è scintilla tra nessuno dei due e C, perché il fuoco elettrico in tutti è ridotto all’uguaglianza originaria.] Se invece A e B si toccano mentre si sta elettrizzando, “the equality is never destroy’d, the fire only circulating.” – (fr:916) [l’uguaglianza non viene mai distrutta, il fuoco circola soltanto.]

Da queste osservazioni sistematiche nasce una nomenclatura che avrà enorme fortuna: “We say Β (and bodies like circumstanced) is electrized positively; A, negatively.” – (fr:918) [Diciamo che B (e i corpi in condizioni simili) è elettrizzato positivamente; A, negativamente.] E subito dopo precisa: “Or rather, Β is electrized plus; A, minus.” – (fr:919) [O piuttosto, B è elettrizzato plus; A, minus.] La scelta dei termini non è casuale: indica uno spostamento di fluido da un corpo all’altro, con un eccesso in chi lo riceve e un difetto in chi lo cede. Il testo aggiunge che “we daily in our experiments electrize [objects] plus or minus, as we think proper.” – (fr:920) [ogni giorno nei nostri esperimenti elettrizziamo (oggetti) plus o minus, a nostro piacimento.] La possibilità pratica di accumulare o sottrarre il fluido deriva dalla conoscenza di un meccanismo preciso: “the parts of the [glass] tube or sphere which are rubbed do, in the instant of the friction, attract the electrical fire, and therefore take it from the thing rubbing; the same parts immediately, as the friction upon them ceases, are disposed to give the fire they have received to any body that has less.” – (fr:921) [le parti del tubo o della sfera di vetro che vengono strofinate, nell’istante dello sfregamento, attraggono il fuoco elettrico, e quindi lo prelevano dall’oggetto che sfrega; le stesse parti, non appena cessa lo sfregamento, sono disposte a cedere il fuoco che hanno ricevuto a qualsiasi corpo che ne abbia di meno.] Su questa base è possibile, come già mostrato da Mr. Watson, far circolare il fluido, e anche accumularlo o sottrarlo su un corpo collegandolo allo strofinatore o al ricevitore, sempre che il collegamento con la riserva comune sia interrotto (fr:922-923).

Il significato storico del brano risiede nella chiara formulazione del modello a fluido unico, nel quale l’elettrizzazione non è più una qualità binaria di presenza o assenza, ma una condizione quantitativa di eccesso o difetto rispetto a uno stato normale. La terminologia plus/minus, poi stabilmente mutata in positiva/negativa, costituisce il lascito più diretto di queste pagine.

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21 La teoria unificatrice di Franklin: il fluido elettrico e la nascita del principio di conservazione

La concezione dell’elettricità come un unico fluido trasferibile, e non creato né distrutto, gettò le basi per la misurazione quantitativa dei fenomeni elettrici e la convenzione sul verso della corrente in uso ancora oggi.

Il testo delinea la proposta teorica di Benjamin Franklin che concepiva l’elettrificazione non come la creazione di una nuova entità, ma come un semplice processo di trasferimento. Secondo la sua ipotesi, “The process of electrification, he supposed, consists in taking some of the electrical fluid from one body and giving it to another” - (fr:949) [Il processo di elettrificazione, egli suppose, consiste nel prendere parte del fluido elettrico da un corpo e darlo a un altro]. In questo modo, “Thus the fluid is not created, but is merely transferred” - (fr:950) [Così il fluido non viene creato, ma è semplicemente trasferito]. Questa idea fondamentale comporta l’adozione di una terminologia matematica per descrivere lo stato dei corpi: lo sfregamento determina un eccesso o un difetto rispetto a una quantità “normale” di fluido. “When an unelectrified body is rubbed, it either gains electrical fluid and thus reaches a positive (plus) state, or loses some of its natural amount, leaving it in a negative (minus) state” - (fr:951) [Quando un corpo non elettrificato viene strofinato, o guadagna fluido elettrico raggiungendo così uno stato positivo (più), o perde parte della sua quantità naturale, lasciandolo in uno stato negativo (meno)].

L’autore applica questo modello a casi specifici, stabilendo una gerarchia di comportamento tra i materiali. Franklin assunse che il vetro, nello sfregamento, agisse da agente attivo: “He assumed that glass, upon being rubbed, draws electrical fluid from the rubbing agent and becomes positive, or plus, while the rubbing agent is left negative, or minus” - (fr:952) [Egli assunse che il vetro, quando viene strofinato, sottragga fluido elettrico all’agente strofinante e diventi positivo, o più, mentre l’agente strofinante rimane negativo, o meno]. Questa asimmetria si estende anche al processo di conduzione, dove la direzione del flusso è dettata dallo squilibrio: un corpo “normale” riceve fluido da un corpo positivo e cede fluido a un corpo negativo. Di conseguenza, “the”direction of flow” of electrical fluid during conduction is from a positively electrified body to one that is either normal or negatively electrified, and from a normal body to one that is negatively electrified” - (fr:954) [la “direzione del flusso” del fluido elettrico durante la conduzione va da un corpo elettrizzato positivamente a uno che è normale o elettrizzato negativamente, e da un corpo normale a uno elettrizzato negativamente].

Un elemento di peculiare rilevanza storica è la longevità di questa convenzione, adottata in assenza della conoscenza della natura della carica elementare. Il testo sottolinea infatti che “This convention for determining the direction of a flow of electricity (an electric current) is still in use” - (fr:955) [Questa convenzione per determinare la direzione di un flusso di elettricità (una corrente elettrica) è ancora in uso], codificando una scelta che si sarebbe rivelata opposta al moto fisico degli elettroni, scoperto successivamente.

Il resoconto connette esplicitamente il modello di Franklin a quello preesistente di Dufay, rivelando un’evoluzione terminologica. Franklin, ignaro del lavoro precedente, “has had to provide his own terminology for these phenomena” - (fr:957) [dovette fornire una propria terminologia per questi fenomeni]. La sua mappatura concettuale è diretta: “In his terms, any body containing more than the normal quantity of his single electrical fluid is in the state of electrification that Dufay called”vitreous,” and any body deficient in this fluid is in the “resinous” state” - (fr:958) [Nei suoi termini, qualsiasi corpo contenente più della quantità normale del suo singolo fluido elettrico è nello stato di elettrificazione che Dufay chiamava “vitreo”, e qualsiasi corpo carente di questo fluido è nello stato “resinoso”]. Così facendo, unifica sotto un’unica entità (il fluido) quella che era concepita come una dualità di nature elettriche.

L’aspetto più innovativo della teoria di Franklin risiede nella potenzialità quantitativa introdotta dalla terminologia scelta. “Franklin’s use of the mathematical terms, positive, or plus, and negative, or minus, has the advantage of suggesting the possibility that electricity is a measurable quantity” - (fr:959) [L’uso di Franklin dei termini matematici positivo, o più, e negativo, o meno, ha il vantaggio di suggerire la possibilità che l’elettricità sia una quantità misurabile]. Questa premessa logica si trasforma in un postulato cardine della fisica: “Indeed, his theory involves the assumption that the quantity of electricity in any insulated body remains unchanged and that any process of electrification involves merely a transfer of electricity” - (fr:960) [Infatti, la sua teoria implica l’assunzione che la quantità di elettricità in qualsiasi corpo isolato rimanga invariata e che qualsiasi processo di elettrificazione comporti semplicemente un trasferimento di elettricità].

Il testo identifica in questa assunzione un punto di svolta epocale, definendola “probably the first clear expression of the tremendously important generalization that electricity cannot be created or destroyed — a generalization that later came to be called the principle of conservation of electric charge” - (fr:961) [probabilmente la prima chiara espressione dell’enormemente importante generalizzazione che l’elettricità non può essere creata né distrutta — una generalizzazione che in seguito venne chiamata principio di conservazione della carica elettrica].

L’applicazione pratica del principio è illustrata con un formalismo algebrico ante litteram. “Suppose, for instance, that two unlike objects are rubbed together, resulting in a transfer of electricity from one body to the other. Then, according to the principle of conservation of electric charge, the quantity of electricity gained by the one object is exactly equal to that lost by the other object” - (fr:962-963) [Si supponga, per esempio, che due oggetti dissimili vengano strofinati insieme, risultando in un trasferimento di elettricità da un corpo all’altro. Allora, secondo il principio di conservazione della carica elettrica, la quantità di elettricità guadagnata da un oggetto è esattamente uguale a quella persa dall’altro oggetto]. Si introduce così una rappresentazione simbolica: “if we let the symbol q represent the quantity of electricity transferred during the rubbing, then the one object acquires a superfluity +q, and the other object a deficiency —q” - (fr:964) [se lasciamo che il simbolo q rappresenti la quantità di elettricità trasferita durante lo sfregamento, allora un oggetto acquisisce un eccesso +q, e l’altro oggetto una carenza —q]. Questa formalizzazione non è fine a se stessa, ma è presentata come una condizione necessaria per il progresso scientifico: un tale principio di conservazione è indispensabile “before any extensive quantitative study of electrical phenomena becomes possible” - (fr:965) [prima che qualsiasi esteso studio quantitativo dei fenomeni elettrici diventi possibile].

Il brano si conclude con un accenno all’ulteriore potere esplicativo dell’ipotesi, menzionando che in una lettera del luglio 1747 Franklin dimostra come “his one-fluid hypothesis may be used to explain the action of the Leyden jar” - (fr:968) [la sua ipotesi del fluido unico possa essere usata per spiegare il funzionamento della bottiglia di Leida], e più in generale per l’elettrificazione per influenza, connettendo così la speculazione teorica alla spiegazione di un dispositivo sperimentale concreto e all’epoca misterioso.

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22 L’analisi frankliniana della bottiglia di Leida e l’elettrizzazione per influenza

Il passo espone la spiegazione che Benjamin Franklin diede del funzionamento della bottiglia di Leida, fondata sull’idea di un fluido elettrico unico e sulla separazione delle cariche tra i due rivestimenti.

Franklin modellizza il processo con una rappresentazione quantitativa: suppone che ogni rivestimento contenga inizialmente una quantità comune di elettricità pari a 20 e che a ogni colpo del tubo di vetro (collegato al rivestimento interno) venga immessa una quantità pari a
“To understand this, suppose the common quantity of electricity in each part of the bottle, before the operation begins, is equal to 20; and at every stroke of the glass tube [which is connected to the inner coating], suppose a quantity equal to ι is put in; then, after the first stroke, the quantity contain’d in the inner coating of the bottle will be 21, in the outer coating ” – (fr:971) [Per capire ciò, si supponga che la quantità comune di elettricità in ciascuna parte della bottiglia, prima che l’operazione cominci, sia uguale a 20; e che a ogni colpo del tubo di vetro [che è collegato al rivestimento interno] venga immessa una quantità pari a 1; allora, dopo il primo colpo, la quantità contenuta nel rivestimento interno della bottiglia sarà 21, in quello esterno ]
Proseguendo, dopo 20 colpi il rivestimento interno raggiunge 40 e quello esterno scende a 0: a questo punto l’operazione si arresta perché non si può più immettere fluido nella parte interna se nulla più può essere espulso dalla parte esterna.
“After the second, the inner coating will have 22, the outer 18, and so on, till, after 20 strokes the inner coating will have a quantity of electricity equal to 40, the outer coating none; and then the operation ends, for no more can be thrown into the inner part when no more can be driven from the outer part.” – (fr:972) [Dopo il secondo, il rivestimento interno avrà 22, quello esterno 18, e così via, finché dopo 20 colpi il rivestimento interno avrà una quantità di elettricità pari a 40, quello esterno nessuna; e allora l’operazione termina, perché non se ne può più gettare nella parte interna quando non se ne può più espellere dalla parte esterna.]
Se si tenta di forzare altro fluido, esso viene “spued back through the wire, or flies out in loud cracks through the sides of the bottle” – (fr:973) [rigettato indietro attraverso il filo, o fuoriesce in forti crepitii attraverso le pareti della bottiglia].

L’equilibrio non può ristabilirsi per contatto interno; è indispensabile una comunicazione esterna tra i due rivestimenti. Essa può avvenire in due modi: con un conduttore che tocchi entrambi contemporaneamente – nel qual caso l’equilibrio si ristabilisce con una violenza e rapidità inesprimibile – oppure toccando alternativamente l’una e l’altra parte, così da ristabilire l’equilibrio gradualmente.
“It must be done by communication formed outside the bottle between the inner and outer coatings, by some nonelectric [conductor] touching or approaching both at the same time, in which case the equilibrium is restored with a violence and quickness inexpressible; or by touching each part alternately, in which case the equilibrium is restored by degrees.” – (fr:975) [Deve avvenire mediante una comunicazione formata all’esterno della bottiglia tra i rivestimenti interno ed esterno, per mezzo di un conduttore non elettrico [conduttore] che tocchi o si avvicini a entrambi allo stesso tempo; nel qual caso l’equilibrio è ristabilito con una violenza e rapidità inesprimibile; oppure toccando alternativamente ciascuna parte, nel qual caso l’equilibrio è ristabilito per gradi.]
Analogamente, in una bottiglia non ancora elettrizzata non si può immettere fluido nel rivestimento interno se nulla può uscire da quello esterno – condizione che si verifica quando il fondo è troppo spesso o la bottiglia poggia su un “electric [on an insulator]” – (fr:976) [elettrico [su un isolante]].
Anche a bottiglia carica, si può prelevare solo poco fluido dall’interno toccando il filo, a meno che una quantità uguale non possa contemporaneamente entrare nella parte esterna, collegandola a terra.
“Again, when the bottle is electrized, but little of the electricity can be drawn from the inner part, by touching the wire, unless an equal quantity can at the same time get in the outer part [by having it connected to the earth].” – (fr:977) [Ancora, quando la bottiglia è elettrizzata, solo poca elettricità può essere estratta dalla parte interna toccando il filo, a meno che una quantità uguale non possa contemporaneamente entrare nella parte esterna [avendola collegata a terra].]

Franklin sottopose questa spiegazione a verifica sperimentale. Per mostrare che il rivestimento esterno si carica negativamente quando quello interno è positivo, utilizzò un elettroscopio costituito da una pallina di sughero sospesa a un filo di seta. L’elettroscopio, accostato al filo connesso al rivestimento interno, veniva attratto, toccava il filo, si caricava positivamente per conduzione e subito dopo veniva respinto. Portando quella pallina carica positivamente in prossimità del rivestimento esterno, si osservava una forte attrazione, prova che l’esterno era carico negativamente.
“When this electroscope was held near the wire connected to the inner coating, the ball was attracted to and touched the wire, whereupon it became positively electrified by conduction and thereafter was repelled. Upon bringing this positively electrified ball down near to the outer coating, it was found to be strongly attracted, indicating that the outer coating was negatively electrified.” – (fr:980-981) [Quando questo elettroscopio veniva tenuto vicino al filo collegato al rivestimento interno, la pallina era attratta e toccava il filo, dopodiché diventava elettrizzata positivamente per conduzione e subito dopo veniva respinta. Portando questa pallina elettrizzata positivamente in basso vicino al rivestimento esterno, si trovava che era fortemente attratta, indicando che il rivestimento esterno era elettrizzato negativamente.]

Attraverso questa analisi Franklin fornì una spiegazione del fenomeno che chiamò elettrizzazione per influenza: l’elettrizzazione che si produce in un oggetto semplicemente vicino, ma non a contatto, con un corpo elettrizzato.
“Franklin, in this analysis of the action of the Leyden jar, has provided an explanation of the process called electrification by influence — electrification occurring in an object that is merely close to, but not touching, an electrified object.” – (fr:982) [Franklin, in questa analisi del funzionamento della bottiglia di Leida, ha fornito una spiegazione del processo chiamato elettrizzazione per influenza – elettrizzazione che si verifica in un oggetto che è semplicemente vicino, ma non tocca, un oggetto elettrizzato.]
È appunto per influenza che il rivestimento esterno della bottiglia si elettrizza: esso è separato dal rivestimento interno carico mediante il vetro, che il fluido elettrico non può attraversare, come Franklin dimostrò con prove separate. Nella sua teoria, l’eccesso di fluido nel rivestimento interno esercita una “influenza” repulsiva, o forza, sul fluido naturalmente presente nel rivestimento esterno; se questo è collegato a terra, il fluido viene respinto verso terra, lasciando il rivestimento esterno carente di fluido, cioè carico negativamente.
“What happens here, in terms of Franklin’s theory, is that the excess of fluid in the inner coating exerts a repelling “influence,” or force, on the fluid naturally present in the outer coating; and, if this coating is connected to the earth, the fluid is repelled into the earth, leaving the outer coating deficient in fluid, or negatively electrified.” – (fr:984) [Ciò che accade qui, nei termini della teoria di Franklin, è che l’eccesso di fluido nel rivestimento interno esercita una “influenza” repulsiva, o forza, sul fluido naturalmente presente nel rivestimento esterno; e, se questo rivestimento è collegato a terra, il fluido è respinto nella terra, lasciando il rivestimento esterno carente di fluido, ovvero elettrizzato negativamente.]

Il testo osserva infine che questa teoria dell’elettrizzazione per influenza è adeguata a spiegare altre esperienze, come quella di una lunga asta metallica sostenuta da fili di seta, a un’estremità della quale viene accostato – senza toccarlo – un tubo di vetro elettrizzato.
“This theory of electrification by influence is also adequate for explaining the following experiments. A long metal rod is supported by silk threads, and close to one end of the rod, but not touching it, is placed an excited glass tube.” – (fr:985-986) [Questa teoria dell’elettrizzazione per influenza è anche adeguata a spiegare gli esperimenti seguenti. Una lunga asta metallica è sostenuta da fili di seta, e vicino a un’estremità dell’asta, ma senza toccarla, è posto un tubo di vetro elettrizzato.]

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[23.1-18-992|1009]

23 L’evoluzione e il salvataggio della teoria elettrica a fluido unico

Dalla concezione iniziale di Franklin alla modifica cruciale di Aepinus, il resoconto illustra come una teoria scientifica influente abbia affrontato e risolto una sua fondamentale inadeguatezza esplicativa.

Il testo descrive il percorso di sviluppo della teoria elettrica a fluido unico, partendo dalla sua formulazione da parte di Benjamin Franklin e arrivando al suo perfezionamento a opera di Franz U. T. Aepinus. Inizialmente, il meccanismo della teoria di Franklin spiegava la carica per difetto: “In terms of Franklin’s theory, the excess of electricity in the excited tube repels some of the rod’s natural amount of electricity into the earth or the body of the investigator; and, when the connection with the earth or the hand is broken, the rod is left with a continuing deficiency of electricity.” - (fr:992) [Nei termini della teoria di Franklin, l’eccesso di elettricità nel tubo eccitato respinge parte della quantità naturale di elettricità della bacchetta verso la terra o il corpo dello sperimentatore; e quando la connessione con la terra o la mano viene interrotta, la bacchetta rimane con una carenza permanente di elettricità.]

Sebbene la teoria si dimostrasse efficace nell’ispirare esperimenti e unificare fenomeni, Franklin la modificò progressivamente. Un cambiamento concettuale significativo fu l’abbandono dell’idea di effluvi nello spazio, confinando invece il fluido elettrico ai corpi stessi. Egli concepì questo fluido come composto “of particles extremely subtle, since it can permeate . . . even the densest metals.” - (fr:996) [di particelle estremamente sottili, poiché può permeare… anche i metalli più densi.] Su queste basi, Franklin riuscì a spiegare le interazioni fondamentali: “By assuming that these electrical”particles” repel one another, he is able to account for the repulsion that occurs between any two positively electrified objects.” - (fr:997) [Ipotizzando che queste “particelle” elettriche si respingano a vicenda, egli è in grado di spiegare la repulsione che si verifica tra due oggetti caricati positivamente.] Aggiungendo una forte attrazione tra particelle elettriche e materia ordinaria, spiegò anche l’attrazione tra corpi positivi e corpi normali o negativi.

Tuttavia, la teoria si arenò su un fenomeno noto: la repulsione tra due oggetti caricati negativamente. Franklin stesso lo osservò sperimentalmente nel 1748 e, riconoscendo il limite, affermò: ““It surprises us,” he says, “and is not hitherto satisfactorily accounted for.”“ - (fr:1003) [“Ci sorprende”, dice, “e non è stato finora spiegato in modo soddisfacente.”] Non riuscì a trovare una spiegazione adeguata; ciononostante, la teoria si era rivelata troppo utile per essere scartata, avendo unificato un’ampia gamma di fenomeni precedentemente scollegati.

Circa un decennio dopo, Franz U. T. Aepinus risolse la contraddizione, salvando la teoria a fluido unico. La sua modifica cruciale fu introdurre un’assunzione aggiuntiva: “Aepinus proposed making the additional assumption that the particles of ordinary matter repel one another.” - (fr:1007) [Aepinus propose di aggiungere l’ipotesi che le particelle di materia ordinaria si respingano a vicenda.] Questo permise di ridefinire lo stato neutro. Secondo questa concezione modificata, “an unelectrified, or”normal,” body is one in which there is sufficient electrical fluid that the attractive force between the fluid and the particles of matter is more than enough to balance the repulsive force between the particles of matter themselves.” - (fr:1008) [un corpo non elettrificato, o “normale”, è un corpo in cui c’è sufficiente fluido elettrico affinché la forza attrattiva tra il fluido e le particelle di materia sia più che sufficiente a bilanciare la forza repulsiva tra le particelle di materia stesse.] La repulsione tra corpi negativi veniva così spiegata come uno squilibrio di forze: espellendo fluido elettrico da entrambi, “this balance is disturbed, with the repulsive forces between the particles of ordinary matter in the two bodies now predominating.” - (fr:1009) [questo equilibrio viene disturbato, e le forze repulsive tra le particelle di materia ordinaria nei due corpi diventano predominanti.]

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24 L’esperimento dell’asta appuntita e la nascita del parafulmine

Franklin osserva un bagliore silenzioso su una punta, lo riconduce al fuoco di Sant’Elmo e ipotizza che un’asta appuntita possa scaricare silenziosamente una nube temporalesca, progettando un esperimento per verificarlo e immaginandone l’utilità per proteggere edifici e navi.

Il testo descrive un passaggio cruciale nelle ricerche di Benjamin Franklin sull’elettricità atmosferica, a partire da un’osservazione di laboratorio. “Moreover, the transfer of electricity was now silent; and at the point of the rod there appeared a pale glow, which was later shown by Franklin to be closely related to the phenomenon known as St. Elmo’s fire (p. 543).” – (fr:1029) [Inoltre, il trasferimento di elettricità era ora silenzioso; e sulla punta dell’asta apparve un debole bagliore, che in seguito Franklin dimostrò essere strettamente correlato al fenomeno noto come fuoco di Sant’Elmo (p. 543).] Da questa evidenza scaturisce la domanda centrale che guida l’intera riflessione: “Now the question raised by Franklin in his notebook is whether a pointed rod will have the same effect with lightning as it does in the electrical experiment.” – (fr:1031) [Ora, la questione sollevata da Franklin nel suo taccuino è se un’asta appuntita abbia con il fulmine lo stesso effetto che produce nell’esperimento elettrico.] La risposta positiva avrebbe portato con sé due conseguenze fondamentali: la prima, che “this will imply that the thundercloud producing the lightning is electrified” – (fr:1032) [ciò implicherà che la nube temporalesca che produce il fulmine è elettrizzata]; la seconda, che “it might then be possible to discharge the cloud quickly, silently, and without the destruction often produced by lightning, by means of such a pointed rod, even when it is at a considerable distance from the cloud” – (fr:1033) [potrebbe allora essere possibile scaricare la nube rapidamente, silenziosamente e senza la distruzione spesso prodotta dai fulmini, per mezzo di una tale asta appuntita, anche quando si trova a notevole distanza dalla nube].

Per risolvere la questione, Franklin “proposes the following experiment in a paper written in 1749” – (fr:1034) [propone il seguente esperimento in un saggio scritto nel 1749]. L’impianto sperimentale è descritto con precisione: “On the top of some high tower or steeple, erect a kind of ‘sentry box’ big enough to shelter a man and an insulating stand.” – (fr:1035) [Sulla cima di qualche alta torre o campanile, erigere una sorta di “garitta” abbastanza grande da riparare un uomo e un supporto isolante.] Su quel supporto va montata “a long sharply pointed iron rod, bent so that it will pass out of the door without touching the box and rise 20 or 30 ft into the air” – (fr:1036) [una lunga asta di ferro appuntita, piegata in modo da uscire dalla porta senza toccare la garitta e innalzarsi per 20 o 30 piedi nell’aria.] Il criterio di validazione è altrettanto chiaro: “If, when low clouds are passing, a man standing on the insulating stand is able to draw sparks from the rod, this will show that the rod is being electrified by the cloud.” – (fr:1037) [Se, al passaggio di nubi basse, un uomo in piedi sul supporto isolante riesce a trarre scintille dall’asta, ciò dimostrerà che l’asta viene elettrizzata dalla nube.]

Franklin prevede anche una misura prudenziale, citata direttamente: “«If any danger to the man should be apprehended (though I think there would be none),» let him stand on the floor and, by means of a wax handle, hold close to the rod a wire that is connected to the earth; then «the sparks, if the rod is electrified, will strike from the rod to the wire and not affect him.»” – (fr:1038) [«Se si dovesse temere qualche pericolo per l’uomo (benché io pensi non ve ne sarebbe alcuno)», che egli stia sul pavimento e, per mezzo di un manico di cera, tenga vicino all’asta un filo collegato a terra; allora «le scintille, se l’asta è elettrizzata, scoccheranno dall’asta al filo senza colpirlo».]

L’esperimento è fin dall’inizio proiettato verso una ricaduta pratica di enorme portata: “If the experiment is successful, may not the knowledge of this power of points be of use to mankind, in preserving houses, churches, ships, &c. from the stroke of lightning” – (fr:1039) [Se l’esperimento avrà successo, la conoscenza di questo potere delle punte non potrà forse essere utile all’umanità, per preservare case, chiese, navi, ecc. dal colpo del fulmine]. La prescrizione tecnica è esattamente quella del parafulmine a punta: “by directing us to fix on the highest parts of those edifices, upright rods of iron made sharp as a needle, and gilt to prevent rusting, and from the foot of those rods a wire down the outside of the building into the ground, or down around one of the shrouds of a ship, and down her side until it reaches the water?” – (fr:1040) [indicandoci di fissare sulle parti più alte di quegli edifici aste di ferro diritte, appuntite come un ago e dorate per evitare la ruggine, e dalla base di quelle aste un filo che scenda lungo l’esterno dell’edificio fino al terreno, o giù attorno a uno dei sarti di una nave e lungo il suo fianco fino a raggiungere l’acqua?] La domanda retorica successiva ribadisce il meccanismo di azione silenziosa e preventiva: “Would not these pointed rods probably draw the electricity silently out of a cloud before it came nigh enough to strike, and thereby secure us from that most sudden and terrible mischief?” – (fr:1041) [Queste aste appuntite non probabilmente trarrebbero silenziosamente l’elettricità da una nube prima che questa giunga abbastanza vicina da colpire, assicurandoci così contro quel danno improvviso e terribile?]

La proposta non rimase sulla carta. “Franklin’s letters and papers sent to England were beginning to receive wide attention there, and eventually they reached France, where translations of them were published.” – (fr:1042) [Le lettere e i saggi di Franklin inviati in Inghilterra cominciavano a ricevere ampia attenzione, e alla fine raggiunsero la Francia, dove ne furono pubblicate traduzioni.] Fu proprio in Francia che “his proposed experiment was first tried, by two different investigators, and in May 1752 reports were made both to the French Academy and to the Royal Society that the results were completely in accord with Franklin’s predictions” – (fr:1043) [il suo esperimento fu tentato per la prima volta, da due diversi ricercatori, e nel maggio 1752 furono presentati resoconti sia all’Accademia francese che alla Royal Society attestanti che i risultati erano completamente in accordo con le previsioni di Franklin.] La cronaca si chiude così sulla conferma sperimentale che trasformò una congettura nata dall’osservazione di un tenue bagliore in uno dei più efficaci dispositivi di protezione mai concepiti.

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[25.1-14-1177|1190]

25 Dalla torsione dei fili alla bilancia di Coulomb

L’invenzione della bilancia di torsione scaturì dagli studi di Coulomb sulle forze elastiche nei fili torti; lo strumento sfruttava la proporzionalità diretta tra forza e angolo di torsione, e la sua modifica permise di misurare le forze tra corpi elettrizzati, inaugurando l’elettrostatica quantitativa.

Il testo descrive la genesi e il principio di funzionamento di uno degli strumenti più importanti della fisica settecentesca. L’origine dell’invenzione è esplicitamente legata a ricerche sulle sollecitazioni meccaniche: “The invention had grown out of studies that he had made of the forces set up in wires and threads when they are twisted” – (fr:1177) [L’invenzione era nata dagli studi che egli aveva condotto sulle forze che si generano in fili e filamenti quando vengono torti]. Da un ampio lavoro sperimentale, Coulomb era giunto a una relazione quantitativa generale: “From measurements on wires and threads of various lengths and diameters, and made of various materials, he had been able to arrive at a formula for computing the force needed to twist any given wire or thread through a particular angle” – (fr:1178) [Da misurazioni su fili e filamenti di varie lunghezze e diametri, e fatti di materiali diversi, era riuscito a giungere a una formula per calcolare la forza necessaria per torcere un qualsiasi dato filo o filamento di un determinato angolo].

L’applicazione di queste conoscenze diede forma alla bilancia di torsione vera e propria. La configurazione base è illustrata nella Figura 9: “A wire is clamped at the top and hangs vertically (Fig.” – (fr:1179) e “9).” – (fr:1180) [Un filo è fissato all’estremità superiore e pende verticalmente (Fig. 9)]. All’estremità inferiore del filo è fissato un elemento essenziale: “To its lower end is fastened a crosspiece of very light weight which serves as a lever to be used in twisting the wire” – (fr:1181) [Alla sua estremità inferiore è fissata una traversa di peso molto leggero che funge da leva per torcere il filo]. La forza agisce sempre in modo definito: “The twisting force is always applied in a horizontal plane perpendicularly to the crosspiece, and at some fixed distance from the axis of the wire” – (fr:1182) [La forza di torsione è sempre applicata su un piano orizzontale perpendicolarmente alla traversa, e a una distanza fissa dall’asse del filo].

Il cuore della scoperta risiede nella relazione lineare individuata da Coulomb: “The magnitude of this twisting force, Coulomb discovered, is directly proportional to the angle through which the wire is twisted” – (fr:1183) [L’intensità di questa forza di torsione, scoprì Coulomb, è direttamente proporzionale all’angolo di cui il filo viene torto]. Il testo fornisce un esempio concreto con le unità dell’epoca (once e pollici): “For instance, if it is found that a force of 0003 o z applied 4 in.” – (fr:1184) e “from the axis of the wire produces a twist of 6o°, then one can predict that a force of 0006 oz applied at the same distance from the wire will twist it through 120” – (fr:1185) [Per esempio, se si trova che una forza di 0,0003 once applicata a 4 pollici dall’asse del filo produce una torsione di 6°, allora si può prevedere che una forza di 0,0006 once applicata alla stessa distanza dal filo lo torcerà di 120°]. Questa proporzionalità trasforma immediatamente il dispositivo in uno strumento di misura: “Thus, once the twisting force for one angle of torsion has been found, the instrument can be used to measure other forces applied to it” – (fr:1186) [Così, una volta trovata la forza di torsione per un angolo di torsione, lo strumento può essere usato per misurare altre forze ad esso applicate].

Il passaggio all’elettrostatica avvenne quando Coulomb riconobbe il potenziale della bilancia in un nuovo ambito: “When Coulomb turned to electrical studies, he saw how this torsion balance, if suitably modified, could be used to measure forces between electrified bodies” – (fr:1187) [Quando Coulomb si dedicò agli studi elettrici, vide come questa bilancia di torsione, se opportunamente modificata, potesse essere usata per misurare le forze tra corpi elettrizzati]. L’interesse stesso per i fenomeni elettrici e magnetici ebbe un’origine precisa: “His interest in electricity and magnetism initially had been aroused through the offer of a prize by the French Academy Wire FIG.” – (fr:1188) e “9.” – (fr:1189) e “The principle of the torsion balance.” – (fr:1190) [Il suo interesse per l’elettricità e il magnetismo era stato inizialmente suscitato dall’offerta di un premio da parte dell’Accademia Francese. Filo FIG. Il principio della bilancia di torsione.].

Il brano costituisce una testimonianza diretta della catena che, dalla meccanica dei fili sottoposti a torsione, condusse a uno strumento capace di quantificare forze fino ad allora inaccessibili, gettando le basi per la legge di Coulomb e per l’elettrostatica moderna.

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[26.1-60-1231|1290]

26 L’esperimento della bilancia a torsione e la legge dell’inverso del quadrato

Coulomb dimostra che la forza repulsiva fra due cariche elettriche dello stesso segno decresce con il quadrato della distanza, servendosi di un sottilissimo filo d’argento e di tre misure angolari.

Il resoconto segue il procedere dell’esperienza. Dapprima si caricano le due palline di midolla di sambuco a e t mediante uno spillo introdotto in un foro: “We introduce this charged pin into the hole m and let it touch the ball t, which is in contact with the ball a, and then withdraw the pin.” – (fr:1231) [Introduciamo lo spillo carico nel foro m e lo portiamo a toccare la pallina t, che è a contatto con la pallina a, poi ritiriamo lo spillo]. Le due palline, ora caricate con elettricità dello stesso segno, si respingono e la distanza angolare viene letta sul cerchio graduato: “The two balls a and t are now charged with electricity of the same sort and so repel each other to a distance that we measure by looking past the suspension wire and the center of the ball a to the corresponding division of the circle XQ.” – (fr:1232) [Le due palline a e t sono ora caricate con elettricità dello stesso tipo e perciò si respingono a una distanza che misuriamo guardando oltre il filo di sospensione e il centro della pallina a verso la divisione corrispondente del cerchio XQ].

Ruotando l’indice micrometrico si torce il filo di sospensione IP e si esercita una forza proporzionale all’angolo di torsione, che riavvicina la pallina a a t. In tal modo si confrontano le forze torsionali con le corrispondenti distanze: “We observe in this way the distance through which different angles of torsion bring back the ball a toward the ball t and by comparing the torsional forces with the corresponding distances between the two balls, we determine the law of repulsion.” – (fr:1233) [Osserviamo in questo modo la distanza a cui diversi angoli di torsione riportano la pallina a verso la pallina t, e confrontando le forze torsionali con le corrispondenti distanze fra le due palline, determiniamo la legge di repulsione].

Coulomb presenta solo alcune prove facilmente ripetibili, che rendono immediatamente evidente la legge. Le tre prove sono:

1. A micrometro sullo zero, la pallina a dell’ago si separa di 36°: “(1) Upon electrifying the two balls by means of the pinhead while the index of the micrometer points to o, the ball a of the needle separates [from the ball <] by 36 degrees.” – (fr:1235) [(1) Elettrizzando le due palline per mezzo della testa dello spillo mentre l’indice del micrometro è sullo zero, la pallina a dell’ago si allontana di 36 gradi].
2. Torcendo il filo di 126°, le due palline si avvicinano fino a fermarsi a 18°: “(2) When the suspension wire is twisted through 126 degrees, by means of the knob of the micrometer, the two balls approach each other and stop when 18 degrees apart.” – (fr:1236) [(2) Torcendo il filo di sospensione di 126 gradi, per mezzo della manopola del micrometro, le due palline si avvicinano e si fermano a 18 gradi di distanza].
3. Torcendo il filo di 567°, le due palline si avvicinano fino a 8½°: “(3) By twisting the suspension wire through 567 degrees, the two balls approach to within 8 54 degrees of each other.” – (fr:1237) [(3) Torcendo il filo di sospensione di 567 gradi, le due palline si avvicinano fino a 8 1/2 gradi di distanza l’una dall’altra].

Il filo d’argento IP era estremamente sottile: “(It is necessary to say that the silver wire IP which formed this suspension was 28 inches long and was so fine that a foot of it weighed only 1/16 grain.)” – (fr:1240) [È necessario dire che il filo d’argento IP che fungeva da sospensione era lungo 28 pollici e così fine che un piede ne pesava solo 1/16 di grano]. La forza necessaria per torcerlo di 360° era appena 1/340 di grano. Poiché la forza torsionale è direttamente proporzionale all’angolo di torsione, anche la minima forza repulsiva produce una separazione percettibile.

Nella prima prova, l’angolo fra le palline è 36°, e la forza torsionale equivale perciò a 36°, pari a 1/3400 di grano. Nella seconda prova, con 126° di torsione applicata e una separazione di 18°, la forza repulsiva è equivalente alla torsione totale (126° + 18° = 144°), come spiega il testo: “But, as the micrometer had been turned through 126 degrees, it results that, for a distance of 18 degrees, the repulsive force was equivalent to 144 degrees.” – (fr:1246) [Ma poiché il micrometro era stato ruotato di 126 gradi, ne risulta che, per una distanza di 18 gradi, la forza repulsiva era equivalente a 144 gradi]. Così, dimezzando la distanza angolare (da 36° a 18°), la forza repulsiva diventa quadrupla: 144°/36° = “So at half the first distance the repulsive force between the balls is quadrupled.” – (fr:1247) [Perciò a metà della prima distanza la forza repulsiva fra le palline è quadruplicata].

Nella terza prova, la torsione applicata è 567° e le palline distano 8½°; la torsione totale ammonta quindi a circa 576°, quattro volte quella della seconda prova, mentre la distanza è quasi la metà dei 18° (manca solo ½°). Conclude Coulomb: “It results then from these three trials that the repulsive force which the two balls exert on each other when they are electrified with the same kind of electricity is inversely proportional to the square of the distance [between the centers of the balls].” – (fr:1250) [Risulta quindi da queste tre prove che la forza repulsiva che le due palline esercitano l’una sull’altra quando sono elettrizzate con lo stesso tipo di elettricità è inversamente proporzionale al quadrato della distanza (fra i centri delle palline)].

La prima memoria tratta solo il caso repulsivo. La questione successiva è se la relazione di inverso del quadrato valga anche per cariche di segno opposto, quando la forza è attrattiva. Coulomb affronta il problema nella seconda memoria, impiegando ancora la bilancia a torsione e trovando che la legge sussiste. Tuttavia, nel caso attrattivo si incontra una difficoltà: “In a torsion balance, whenever the distance between the balls is changed, the electric force between the balls changes more rapidly than does the torsional force in the suspending wire.” – (fr:1257) [In una bilancia a torsione, ogni volta che si cambia la distanza fra le palline, la forza elettrica tra le palline varia più rapidamente della forza torsionale nel filo di sospensione]. Ciò non dà problemi con forze repulsive, ma quando sono attrattive “the balls tend to fly together and to touch each other.” – (fr:1259) [le palline tendono a volare insieme e toccarsi].

Per superare l’inconveniente, Coulomb ricorre a un pendolo di torsione elettrico, già impiegato in meccanica e nelle ricerche magnetiche. Il dispositivo consiste in un ago isolante sospeso a un filo di seta, recante a un’estremità un dischetto di carta dorata. Di fronte è posta una sfera metallica su sostegno isolante, con il centro allo stesso livello del dischetto. Dischetto e sfera ricevono cariche opposte. L’ago viene messo in oscillazione e si misura il periodo: “Then the needle lg is twisted to set it oscillating, and the period of oscillation (the time for one complete oscillation) is observed.” – (fr:1273) [Allora si torce l’ago lg per metterlo in oscillazione e si osserva il periodo di oscillazione (il tempo per un’oscillazione completa)]. Ripetendo la misura a diverse distanze, si trova che il periodo è direttamente proporzionale alla distanza fra il centro della sfera e il dischetto. Ciò conferma l’ipotesi dell’inverso del quadrato: “On the assumption that the inverse-square law is valid, and with the help of wellknown principles of mechanics, one can show that … (ii) the period of oscillation of the needle should be directly proportional to the distance Gl between the center of the sphere and the disk.” – (fr:1275) [Sull’ipotesi che la legge dell’inverso del quadrato sia valida, e con l’aiuto di ben noti principi di meccanica, si può mostrare che … (ii) il periodo di oscillazione dell’ago dovrebbe essere direttamente proporzionale alla distanza Gl fra il centro della sfera e il dischetto]. I dati confermano la proporzionalità, così che l’ipotesi è verificata in modo indipendente.

Coulomb può quindi affermare: “We have thus come, by a method completely different from the first, to a similar result. We may therefore conclude that the mutual attraction of the electrical fluid called positive and the electrical fluid ordinarily called negative is inversely proportional to the square of the distance; just as we have found in our first memoir, that the mutual repulsion of electrical fluids of the same sort is inversely proportional to the square of the distance.” – (fr:1280–1281) [Siamo così giunti, con un metodo completamente diverso dal primo, a un risultato simile. Possiamo dunque concludere che l’attrazione reciproca del fluido elettrico detto positivo e del fluido elettrico chiamato ordinariamente negativo è inversamente proporzionale al quadrato della distanza; proprio come abbiamo trovato nella nostra prima memoria che la repulsione reciproca dei fluidi elettrici dello stesso tipo è inversamente proporzionale al quadrato della distanza].

L’intero lavoro è guidato dall’ipotesi che la forza fra due corpi elettrizzati sia inversamente proporzionale alla distanza, analogamente alla gravitazione. Ma Newton aveva anche introdotto la massa come proprietà essenziale della materia e la forza gravitazionale proporzionale al prodotto delle masse. In modo analogo, Coulomb assume senza giustificarlo esplicitamente che i fluidi elettrici possiedano una “massa elettrica”, e che la forza sia proporzionale al prodotto di queste masse elettriche: “the electrical force between two electrified objects is proportional to the inverse square of the distance between them and to the product P of their electrical masses, or / oc P/d2.” – (fr:1288) [la forza elettrica fra due corpi elettrizzati è proporzionale all’inverso del quadrato della distanza che li separa e al prodotto P delle loro masse elettriche, ovvero f ∝ P/d²]. Il suo interesse principale resta però sulla distanza e sulla forza; la proporzionalità con le masse elettriche viene utilizzata per rilevare, per esempio, le perdite di fluido attraverso i sostegni o l’aria, o quanto fluido venga sottratto toccando il corpo carico con un altro oggetto.

La testimonianza storica offerta da queste pagine è centrale: esse descrivono, con il linguaggio e i dati originali, la prima verifica quantitativa diretta della legge fondamentale dell’elettrostatica, ponendo le basi per la legge di Coulomb nella sua forma completa e stabilendo un ponte fra la meccanica newtoniana e la nuova scienza dell’elettricità.

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[27.1-12-1294|1305]

27 Dalla misura della carica alla matematizzazione dell’elettrologia

La definizione quantitativa dello stato elettrico mediante la forza consente di attribuire numeri agli oggetti caricati, aprendo la strada al trattamento matematico dell’elettricità e al confronto tra la teoria a un fluido e quella a due fluidi.

Con la possibilità di variare l’elettrizzazione e di osservare gli effetti sulla forza si introduce una grandezza misurabile per la carica: “For example, if the electrification of the first object is increased until the force is doubled, then qx must have been doubled” – (fr:1294) [Ad esempio, se l’elettrizzazione del primo oggetto viene aumentata finché la forza raddoppia, allora qx deve essere raddoppiata.]. Per la prima volta, quindi, “For the first time it is possible to attach numbers to electrified objects to represent their states of electrification” – (fr:1295) [Per la prima volta è possibile associare numeri agli oggetti elettrizzati per rappresentare i loro stati di elettrizzazione.]. Tali numeri vengono interpretati come la quantità di fluido elettrico posseduta, ossia come carica: “These numbers are interpreted as representing how much electrical fluid, or charge, the objects possess” – (fr:1296) [Questi numeri sono interpretati come rappresentazione della quantità di fluido elettrico, o carica, che gli oggetti possiedono.]. La quantificazione rende l’elettrologia una scienza esatta: “With this quantification of electrical science, it becomes possible to bring to bear upon its further study the entire weight of mathematical techniques” – (fr:1297) [Con questa quantificazione della scienza elettrica, diventa possibile applicare al suo ulteriore studio l’intero peso delle tecniche matematiche.].

Il terreno era favorevole perché la matematica settecentesca si era sviluppata in stretta analogia con la meccanica newtoniana; la formulazione dell’elettricità in termini quantitativi, così simili a quelli della meccanica, le permise di beneficiare pienamente di quell’apparato: “Eighteenth-century mathematics had to a very large degree Brought to you by | UCL - University College London Authenticated Download Date | 2/7/18 6:31 PM 622 CASE 8 developed along lines applicable to Newtonian mechanics, and with the formulation of electrical science in quantative terms so analogous to mechanics, electricity became thoroughly amenable to mathematical treatment, with striking results in the 19th century” – (fr:1298) [La matematica del Settecento si era sviluppata in larga misura lungo linee applicabili alla meccanica newtoniana, e con la formulazione della scienza elettrica in termini quantitativi così analoghi alla meccanica, l’elettricità divenne pienamente suscettibile di trattamento matematico, con risultati straordinari nel XIX secolo.].

L’epilogo del testo mette a confronto i due quadri teorici in competizione: “EPILOGUE The rival one-fluid and two-fluid theories” – (fr:1299) [EPILOGO Le teorie rivali a un fluido e a due fluidi.]. Coulomb prese una posizione netta: “Coulomb did not favor the one-fluid theory of Franklin and Aepinus, preferring instead the two-fluid theory that had been developed in England in 1759” – (fr:1300) [Coulomb non prediligeva la teoria a un fluido di Franklin e Aepinus, preferendo invece la teoria a due fluidi che era stata sviluppata in Inghilterra nel ]. Le ipotesi fondamentali di quest’ultima erano già state esposte in precedenza: “The essential hypotheses comprising this two-fluid theory have already been listed in connection with our discussion of developments growing out of Dufay’s researches (p. 590)” – (fr:1301‑1302) [Le ipotesi essenziali che compongono questa teoria a due fluidi sono già state elencate in relazione alla nostra discussione degli sviluppi scaturiti dalle ricerche di Dufay (p. 590).].

La teoria a un fluido, al contrario, non riusciva a spiegare adeguatamente la repulsione tra corpi carichi negativamente. Aepinus la “salvò” introducendo un’ipotesi ad hoc: “It will be recalled that Franklin’s formulation of the one-fluid theory did not satisfactorily explain the repulsion that occurs between two objects when they are negatively charged, but that Aepinus ‘saved’ the theory by showing how this repulsion could be accounted for by adding the ad hoc hypothesis that the particles making up ordinary matter repel one another” – (fr:1303) [Si ricorderà che la formulazione di Franklin della teoria a un fluido non spiegava in modo soddisfacente la repulsione che si verifica tra due oggetti quando sono caricati negativamente, ma che Aepinus ‘salvò’ la teoria mostrando come questa repulsione potesse essere spiegata aggiungendo l’ipotesi ad hoc che le particelle che compongono la materia ordinaria si respingano reciprocamente.]. Coulomb giudicò tale ipotesi contraddittoria, perché coesisteva con l’attrazione gravitazionale universale: “In criticism of this hypothesis, Coulomb said: It appears to me contradictory to admit at the same time, in the particles of bodies, an attractive force in the inverse ratio of the squares of the distances, which is demonstrated by universal gravitation, and a repulsive force in the same inverse ratio of the squares of the distances — a force that would necessarily be incomparably larger than that due to gravitation” – (fr:1304) [Criticando questa ipotesi, Coulomb disse: Mi sembra contraddittorio ammettere allo stesso tempo, nelle particelle dei corpi, una forza attrattiva nell’inverso del quadrato delle distanze, che è dimostrata dalla gravitazione universale, e una forza repulsiva nella stessa proporzione inversa del quadrato delle distanze — una forza che sarebbe necessariamente incomparabilmente più grande di quella dovuta alla gravitazione.].

La teoria a due fluidi aveva perciò un vantaggio decisivo: non era necessario postulare una repulsione universale della materia ordinaria per rendere conto della repulsione tra corpi negativi. “The two-fluid theory had the advantage that this assumption of a universal repulsion of ordinary matter was not needed in order to explain the repulsion between negatively charged bodies” – (fr:1305) [La teoria a due fluidi aveva il vantaggio che questa assunzione di una repulsione universale della materia ordinaria non era necessaria per spiegare la repulsione tra corpi caricati negativamente.].

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[28.1-16-1320|1335]

28 La moderna teoria dell’elettricità: fluidi, elettroni e ioni nei diversi mezzi

Il brano chiarisce come la scoperta delle particelle subatomiche abbia permesso di conciliare l’antica immagine a due fluidi con quella a fluido unico, distinguendo la conduzione nei solidi da quella nei liquidi e nei gas.

Il testo delinea i fondamenti della conduzione elettrica attraverso la lente della fisica atomica novecentesca, muovendo dalla neutralità della materia alla descrizione dei portatori di carica. In ogni sostanza non elettrizzata, protoni ed elettroni sono presenti in quantità bilanciate: “These protons and electrons are present in equal numbers in any unelectrical substance.” – (fr:1320) [Questi protoni ed elettroni sono presenti in numero uguale in qualsiasi sostanza non elettrica.]. La distinzione decisiva riguarda la mobilità. Nei solidi, i protoni occupano posizioni fisse mentre gli elettroni godono di libertà di movimento: “In a solid substance, the protons are in fixed positions, but the electrons are free to move.” – (fr:1321) [In una sostanza solida, i protoni sono in posizioni fisse, ma gli elettroni sono liberi di muoversi.]. L’elettrizzazione per strofinio, come nell’esempio classico vetro-seta, viene così reinterpretata come un trasferimento di elettroni: “When, for example, glass and silk are brought very close together, as by rubbing, electrons pass from the glass to the silk, leaving the glass positively charged and the silk negatively charged.” – (fr:1322) [Quando, per esempio, vetro e seta sono portati molto vicini, ad esempio per strofinio, gli elettroni passano dal vetro alla seta, lasciando il vetro carico positivamente e la seta carica negativamente.].

Nei metalli solidi, che furono i conduttori principalmente indagati da Benjamin Franklin e dai suoi contemporanei, la presenza di molti elettroni liberi consente la corrente elettrica: “In solid metals, which were the electrical conductors mainly investigated by Franklin and his contemporaries, many of the electrons in the metal are free to move about.” – (fr:1323) [Nei metalli solidi, che erano i conduttori elettrici principalmente studiati da Franklin e dai suoi contemporanei, molti degli elettroni nel metallo sono liberi di muoversi.]. Collegando due corpi metallici di carica opposta, si assiste a un flusso direzionato: “Thus, if one connects two oppositely charged metal objects by a wire, electrons stream along the wire from the negatively to the positively charged object, constituting an electric current.” – (fr:1324) [Così, se si collegano con un filo due oggetti metallici caricati in modo opposto, gli elettroni fluiscono lungo il filo dall’oggetto carico negativamente a quello carico positivamente, costituendo una corrente elettrica.].

Queste osservazioni portano a una sintesi concettuale che risolve l’apparente paradosso delle teorie dei fluidi elettrici. Nei solidi si può parlare al tempo stesso di due fluidi e di un solo fluido: “In brief, in solid substances there are two ‘fluids’ and yet only one ‘fluid’.” – (fr:1325) [In breve, nelle sostanze solide ci sono due “fluidi” eppure solo un “fluido”.]. La dualità è data dalla compresenza di cariche positive e negative, mentre l’unicità deriva dal fatto che solo la componente negativa è mobile: “There are two ‘fluids’ in the sense that collections of both positive and negative particles are present.” – (fr:1326) [Ci sono due “fluidi” nel senso che sono presenti insiemi di particelle sia positive che negative.] e “There is one ‘fluid’ in that only the mobile electrons are involved in any transfer or ‘flow’ of electricity.” – (fr:1327) [C’è un solo “fluido” nel senso che solo gli elettroni mobili sono coinvolti in qualsiasi trasferimento o “flusso” di elettricità.]. Il brano rileva come questo unico fluido mobile abbia segno opposto rispetto alla congettura storica di Franklin, che lo immaginava positivo: “Incidentally, it is seen that this single, mobile ‘fluid’ consists of negative electricity, rather than positive, as Franklin had assumed.” – (fr:1328) [Per inciso, si vede che questo unico “fluido” mobile è costituito da elettricità negativa, anziché positiva, come Franklin aveva supposto.]. Tale puntualizzazione ha un chiaro valore di testimonianza storiografica, poiché corregge esplicitamente il modello settecentesco alla luce della scoperta dell’elettrone.

Il quadro cambia radicalmente nei fluidi. In liquidi e gas la conduzione è affidata principalmente agli ioni, definiti come atomi o molecole carichi: “In a liquid or a gas, electrical conduction is due chiefly to ions.” – (fr:1329) [In un liquido o in un gas, la conduzione elettrica è dovuta principalmente agli ioni.] e “These are charged atoms or molecules.” – (fr:1330) [Questi sono atomi o molecole carichi.]. La condizione di neutralità di partenza è la stessa: “An atom or a molecule is uncharged when it contains equal numbers of protons and electrons.” – (fr:1331) [Un atomo o una molecola è scarico quando contiene ugual numero di protoni ed elettroni.]. Lo ione si forma per perdita o acquisto di elettroni: “It becomes a positively charged ion if it loses one or more of its normal quota of electrons, and a negatively charged ion if it acquires one or more extra electrons.” – (fr:1332) [Diventa uno ione positivo se perde uno o più elettroni della sua normale dotazione, e uno ione negativo se acquista uno o più elettroni supplementari.]. A differenza dei solidi, nel mezzo fluido entrambe le specie ioniche sono libere di muoversi e migrano in sensi opposti sotto l’azione del campo elettrico: “In a conducting liquid or gas, both positive and negative ions are present, and these move simultaneously and in opposite directions.” – (fr:1333) [In un liquido o gas conduttore, sono presenti sia ioni positivi che negativi, e questi si muovono simultaneamente e in direzioni opposte.]. In questo caso, pertanto, l’analogia storica con i due fluidi mobili torna a essere pienamente calzante: “Here, then, not only are there two kinds of ‘fluid,’ but both kinds are mobile, in conformity with the old two-fluid picture of conduction.” – (fr:1334) [Qui, quindi, non solo ci sono due tipi di “fluido”, ma entrambi sono mobili, in conformità con la vecchia immagine a due fluidi della conduzione.].

L’intero passaggio si configura come una spiegazione compiuta e stratificata: da un lato, fissa i concetti di portatore di carica, di elettrone libero e di ione; dall’altro, li inserisce in una prospettiva storica, mostrando come la fisica del Novecento abbia conservato e al tempo stesso trasformato le immagini precedenti, adattandole al comportamento reale dei materiali. La presenza della nota finale di autenticazione della University College London conferma che il frammento proviene da materiale didattico digitalizzato, ulteriore indizio del suo carattere divulgativo-universitario.

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