| Elettricità e magnetismo: l'energia elettrica |
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L'energia elettrica rappresenta una delle forme d'energia più comunemente e diffusamente utilizzate: basti pensare alla luce artificiale e agli elettrodomestici che sono presenti nelle nostre case.
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Siamo nell'anno 1600 quando William Gilbert, medico alla corte d'Inghilterra e filosofo, pubblica l'opera De Magnete, sui fenomeni elettrici e magnetici. È uno scritto importante perché cerca di argomentare scientificamente i fenomeni elettrici e in particolare di spiegare l'attrazione elettrica. La proprietà di certi corpi (come l'ambra, detta in greco élektron) di attrarre oggetti piccoli e leggeri era nota fin dall'antichità, come lo era la proprietà dei magneti di attrarre il ferro. Da due secoli, inoltre, la bussola era divenuta un ausilio irrinunciabile alla navigazione.
La tesi di Gilbert, nota come "teoria degli effluvi", interpreta il fenomeno come dovuto agli effetti di un fluido elettrico, ipotizzando che lo strofinio provochi sul corpo elettrico degli "effluvi" i quali, ritornando al corpo, attraggono oggetti leggeri e piccoli posti nelle immediate vicinanze. Gilbert si rese conto che elettricità e magnetismo sono fenomeni distinti, benché la sua teoria sia ancora lontana dallo spiegare l'effettiva natura dell'elettricità: in modo affine alla teoria del calorico, interpreta l'energia come un fluido. Certi materiali, come il vetro, se strofinati con un panno si attraggono o si respingono a vicenda, a seconda della sostanza di cui sono fatti. Grazie alle ricerche del fisico inglese F. Hawksbee (1666-1713), nel 1706 ebbe inizio la diffusione dell'impiego del bastone di vetro, elettrizzato per strofinio con un panno di lana, nelle ricerche d'elettrologia. |
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Oggi sappiamo che esistono due tipi di elettricità, chiamati carica elettrica positiva e carica elettrica negativa. Fra cariche elettriche di segno opposto si esercita una forza d'attrazione e fra quelle dello stesso segno una forza di repulsione. A parità di carica, la forza attrattiva o repulsiva diminuisce all'aumentare della distanza tra le cariche.
Le macchine elettrostatiche sono quelle apparecchiature che caricano con elettricità due conduttori stabilendo tra di essi una notevole differenza di potenziale e che permisero agli scienziati di produrre l'elettricità in laboratorio e quindi di assoggettarla a sperimentazione per raggiungere nuovi risultati. L'obiettivo era di sviluppare l'elettricità in un ambiente chiuso e di accumularla, per poi poterla utilizzare. Questa tesi è il principio del "condensatore d'elettricità", un dispositivo che accumula una quantità d'energia dipendente dal valore della tensione che vi viene applicata.
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Studiando l'elettricità, nel XVIII secolo si scoprì, tra l'altro, che le cariche elettriche non si distribuiscono uniformemente sulla superficie dei corpi ma che tendono a concentrarsi nelle parti più sporgenti od appuntite, dove si neutralizzano più facilmente con le cariche presenti nello spazio circostante. Il "potere disperdente delle punte" fu studiato, fra il 1750 e il 1760, dall'americano Benjamin Franklin, che dopo avere osservato la somiglianza di forma, colore e velocità, fra le scintille elettriche ed i fulmini, giunse alla conclusione che erano ambedue manifestazioni dell'elettricità. Nel corso dei suoi studi, nel 1752 Franklin effettuò un famoso esperimento, per provare le sue convinzioni sul fulmine e sul potere delle punte. Costruì un aquilone di seta che aveva in cima una punta aguzza di ferro, legò l'aquilone con una sottile fune che terminava con un nastro di seta come impugnatura, e al punto di collegamento fra fune e nastro collocò una chiave. Attese l'arrivo di un temporale e allo scoppio di un fulmine toccò la chiave, avvertendo una scossa accompagnata da una scintilla; attraverso la fune bagnata dalla pioggia corse tanta elettricità da consentirgli di caricare, tramite la chiave, una "bottiglia di Leida". |
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Un altro passo, molto importante per la comprensione dei fenomeni elettrici e per le loro implicazioni, è legato al nome di Alessandro Volta e alla sua geniale invenzione: la pila. L'invenzione della pila ha un'enorme importanza, perché essendo una sorgente continua che fornisce una discreta quantità di potenza elettrica a bassa tensione, permette di ottenere elettricità in modo semplice e sicuro. Oggi usiamo le "pile", meglio note ormai come batterie, per alimentare i telefoni cellulari, i lettori di Cd-Rom, i personal computer e moltissimi altri apparecchi elettronici, oltre al motorino d'avviamento e ai fari dell'automobile. Tutti gli strumenti elettrici ed elettronici portatili sono alimentati con batterie derivate dalla pila di Volta. L'invenzione di Volta stabilì, per la prima volta, una relazione fra fisica e chimica, aprendo una nuova strada di ricerca, l'elettrochimica. |
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Un'altra scoperta, importantissima per la comprensione del delicato e complesso equilibrio che regola la nostra vita sulla Terra, fu compiuta nel 1820, vent'anni dopo la pila di Volta, dal fisico e chimico danese Hans Christian OerstedHans Christian Oersted. Tentando di far luce sulle relazioni fra elettricità e magnetismo Oersted osservò, con un esperimento, che una corrente elettrica generata da una pila di Volta, percorrendo un cavo metallico faceva deviare l'ago di una bussola. L'esperimento di Oersted dimostra che fenomeni magnetici e fenomeni elettrici sono due aspetti di uno stesso fenomeno. Oltre ad evidenziare il legame tra elettricità e magnetismo, l'esperimento di Oersted dimostrò che è possibile creare un campo magnetico usando una corrente elettrica che percorre un filo metallico. |
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Il francese Ampère dimostrò, negli stessi anni, che un circuito percorso da una corrente elettrica genera attorno a sé un campo magnetico. Era ora necessario dimostrare che anche un magnete può creare una corrente elettrica. La soluzione del problema fu trovata dall'inglese Faraday, che scoprì che è possibile produrre una corrente elettrica mediante un campo magnetico variabile. Con il suo esperimento, Faraday scoprì l'induzione elettromagnetica, scoprì cioè che in un circuito si stabilisce una corrente allorché la corrente di un altro circuito prossimo a questo viene variata: un campo elettrico viene così generato da un campo magnetico variabile. La scoperta di Faraday è alla base del principio di funzionamento delle macchine elettriche, cioè delle macchine che trasformano l'energia elettrica, come motori, generatori e trasformatori. Su questa base poté svilupparsi l'industria di produzione dell'energia elettrica, grazie al lavoro di Thomas Edison e Nikola Tesla. |
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