5. L'opera di Volta nello sviluppo della Società dell'Informazione

 

L'impegno di Volta nella strumentazione e nella metrologia

Alla nascita di Alessandro Volta, nel 1745,  sono già noti gli elettroscopi e i fili penduli, introdotti da vari scienziati appassionati di elettricità, come, ad esempio,  il fisico francese Charles François de Cisternay Du Fay che con questi semplici strumenti è riuscito a intuire la coesistenza nel medesimo corpo di elettricità di due specie: l'elettricità vitrea, propria del vetro e l'elettricità resinosa, propria dell'ambra (anche se non ci si pone ancora il problema di che cosa misurino effettivamente questi strumenti). 

A  parte i risultati scientifici, evidenti ed importanti, ottenuti con le macchine elettrostatiche a strofinio e le bottiglie di Leida     ,  il maggior richiamo è rappresentato, all'epoca, dagli esperimenti elettrici "da salotto" e dai tentativi di usare l'"elettricismo" a fini terapeutici. 

In questo contesto, entusiasta e, sotto molti aspetti, qualitativo, il giovanissimo Alessandro Volta fa i suoi primi esperimenti elettrici da autodidatta, strofinando con panni si seta e di lana,  pezzi di resina o zolfo. Nel 1761 entra, sedicennne, nel regio seminario Benzi  di Como, dove conclude gli studi e stringe amicizia con il canonico  Giulio Cesare Gattoni. 

 


Elettroscopi primitivi di vario tipo

Pendolini elettrici (formati essenzialmente da una pallina di sambuco appesa a un filo di cotone). La pallina di sambuco è attratta da un corpo elettrizzato, ma, appena lo tocca, si carica elettricamente con lo stesso segno e ne viene respinta.

Se nell'elettroscopio a foglie d'oro si tocca, con un corpo elettrizzato, la sferetta  metallica alla sommità dello strumento, le due foglie (collegate alla sferetta da un'asta metallica) si caricano dello stesso segno e, di conseguenza, si respingono.

Quest'ultimo è colpito dalla passione scientifica del giovane (peraltro poco incline agli studi scolastici regolari) e gli mette a disposizione il suo laboratorio di fisica in una torre della cinta muraria di Como.  Ed è proprio in questo laboratorio che Volta coltiva la sua passione per la strumentazione. In quegli  anni legge "L'elettricismo artificiale e naturale " scritto  nel 1753, dal padre Giovanni Battista Beccaria, professore all'università di Torino, ed entra in contatto epistolare con l'illustre autore. Inizialmente ne condivide le idee, ma non riesce ad accettare l'ipotesi del Beccaria sulla "elettricità vindice" e,  nel 1769, la controbatte, pubblicando la sua prima memoria scientifica, che suscita scarso interesse nel mondo scientifico.

 

L'elettricità vindice

Da una lettera del Beccaria a Benjamin Franklin 

"Quando due lastre coibenti (cioè isolanti) , o una conduttice e l'altra coibente, oppostamente elettrizzate, vengono a contatto, annullano la loro elettricità contraria, ma ciascuna riacquista la propria all'atto del successivo distacco. " 

Giovanni Battista Beccaria

Alessandro Volta passa quindi ad approfondire l'analisi dei fenomeni elettrici: 

L'elettroforo perpetuo

L'elettroforo, che costituisce la prima e la più semplice delle macchine elettrostatiche a induzione, realizzate da Volta, è formato da due elementi : 

  • la "schiacciata" (piatto metallico, rivestito di materiale isolante), 

  • lo "scudo" (piatto di legno, rivestito con carta stagnola e dotato di manico isolante).

Nel funzionamento dell'elettroforo si possono distinguere tre fasi: 

  1. la "schiacciata" viene caricata di elettricità negativa strofinandola con un panno di seta;
  2. si accosta alla schiacciata  lo "scudo" che, per induzione, si carica positivamente sulla superficie inferiore e negativamente su quella superiore;
  3. se si tocca momentaneamente, con un dito, la faccia superiore dello scudo, la carica negativa si disperde a terra e resta sullo scudo solo la carica positiva. Se ora. tenendo lo scudo per il manico isolante, lo si allontana dalla schiacciata, e se gli si avvicina un dito, può scoccare una  scintilla che testimonia che, a carica costante, la tensione verso terra è aumentata rispetto a quella che era presente prima di toccare lo scudo con un dito.

Naturalmente la carica positiva dello scudo può essere anche utilizzata per caricare una bottiglia di Leida e, dato che l'operazione di carica può essere ripetuta indefinitamente, perché la carica della schiacciata resta praticamente inalterata, Volta denomina il suo strumento "elettroforo perpetuo". Si tratta della prima macchina elettrostatica a induzione. 

Condensatore elettrico e capacità

CAPACITA' = CARICA ELETTRICA / TENSIONE    (C= Q/V)

 

"La capacità e la tensione sono in ragione inversa"
Alessandro Volta 

Un condensatore è formato essenzialmente da due piastre conduttrici (dette anche "armature"), separate fra loro da uno strato isolante. (A parità delle altre condizioni, la capacità del condensatore è tanto maggiore quanto più piccola è la distanza fra le due piastre e maggiore è la superficie affacciata). 

Naturalmente, se si vuole avere la possibilità di allontanare la piastra superiore, senza scaricarla, questa deve essere dotata di manico isolante.

In queste condizioni, si può fornire alla piastra mobile una carica elettrica molto piccola, insufficiente a far deviare le foglie di un elettroscopio, e si può verificare che le foglie divaricano a seguito di un secondo contatto con  la piastra metallica mobile, una volta che questa sia stata allontanata dalla piastra di base. Si osserva anche che quando la piastra mobile viene allontanata da quella fissa, mantenendo costante la sua carica (dato che il manico è isolante), la sua capacità diminuisce mentre aumenta corrispondentemente la sua tensione rispetto a terra. 

 

Per rendere più sensibile l'elettrometro, Alessandro Volta ha l'idea di sostituire la sferetta metallica usualmente collegata alle foglie dell'elettroscopio con un disco di rame e di poggiare su questo un altro disco, dello stesso metallo, ricoperto inferiormente di un sottilissimo strato di vernice isolante, in modo da formare un condensatore di elevata capacità.

Sviluppando questo progetto, realizza, nel 1787, l'elettrometro condensatore, uno strumento (un centinaio di volte più sensibile degli elettrometri usuali) che permette di evidenziare le deboli cariche elettriche, raccolte dall'elettricità atmosferica, tramite un elettrodo a punta,. 

 

Nello stesso anno, Volta concepisce anche un altro tipo di elettrometro basato sul concetto della bilancia a giogo. L'indicazione dello strumento è data dal peso necessario per riequilibrare la bilancia (e riportare alla posizione di riposo il piatto A) dopo che al piatto fisso B sono stati applicati "diversi gradi di carica dalla boccia di Leida.  Anche se privo di anello di guardia, lo strumento può essere considerato l'antesignano dei voltmetri assoluti, a cominciare da quello che realizzerà circa un secolo dopo William Thomson nel 1885

Tutta l'opera di Volta nel settore della strumentazione è caratterizzata dalla profonda  convinzione che l'analisi quantitativa dei  fenomeni sia essenziale  per stabilire le leggi a cui devono soddisfare le diverse grandezze in gioco. In base a questa convinzione, Alessandro Volta, non solo inventa strumenti nuovi, ma migliora quelli realizzati da altri. In particolare trasforma l'elettroscopio (che, così come era realizzato, poteva dare solo indicazioni di massima) in un vero e proprio strumento di misura, come già si riusciva a fare da oltre un secolo in un altro campo della fisica, la termologia. (I due "punti fissi"della scala termometrica erano stati proposti da Huyghens nel 1665).

  Per gli elettroscopi, Volta sviluppa una serie di accurate modifiche: 

Ma Volta non è solo un accurato costruttore di strumenti, egli si preoccupa anche della  metrologia in generale e auspica che i fisici abbiano  elettrometri "unissoni" "...da chiunque e in qualunque luogo vengano costruiti" in modo da "intendersi perfettamente fra loro". 

Il decennio che va dall'invenzione del condensatore (1782) all'inizio della disputa con Galvani e con i galvaniani,  rappresenta per Volta una fase di approfondita preparazione sperimentale, durante la quale sottopone i fenomeni elettrici a misure eseguite con gli strumenti da lui stesso fabbricati e resi con costanza e determinazione sempre più sensibili e confrontabili fra loro. Nello stesso periodo affina le sue idee sull'azione dello strofinio, considerato come causa di modificazione delle forze mutue fra i corpi strofinati. 

Quando, nel 1792,  Volta viene a conoscenza delle esperienze di Galvani e si impegna a riprodurle nel suo laboratorio all'università di Pavia, gli bastano poche esperienze per convincersi che la causa dei nuovi sorprendenti fenomeni non si trova nel corpo della rana, ma nel contatto (considerato come caso limite dello strofinio) fra i diversi metalli che formano l'arco usato per mettere in contatto il nervo femorale e il muscolo della coscia.

Rivisitando dal punto di vista metrologico, la disputa fra Volta e Galvani, si può concludere che lo stesso impegno di Volta nello studio degli aspetti quantitativi e delle misure, che fu determinante nella vittoria della "teoria del contatto fra conduttori diversi", sulla "elettricità animale", saranno successivamente alla base della scoperta e della corretta interpretazione dei fenomeni dell'elettrofisiologia, che riemersero all'attenzione del mondo scientifico, oltre ventanni dopo, con le ricerche di Leopoldo Nobili, Carlo Matteucci ed Emil Du Bois-Reymond.

 

[1] Carlo Matteucci: La Pila di Volta. Lettura fatta al Museo di Fisica e Storia Naturale in Firenze, 24 marzo 1867.

[2] Augusto Righi: Volta e la Pila. Lettura fatta in Como il 18 settembre 1899. Primo Congresso Nazionale di Elettricità. Tipografia editrice  Ostinelli, Como 1899.

[3] L'opera di Alessandro Volta nel 1*centenario della morte (1827-1927). A cura della Associazione Elettrotecnica Italiana. Ulrico Hoepli Editore Libraio, Milano,1927

[4] Giovanni Polvani: Alessandro Volta. Domus Galilæana, Vincenzo Lischi e figli, Tipografi editori, Pisa, 1942. 

[5] Emilio Gatti: Celebrazione di Alessandro Volta. LXXVIII Riunione Annuale AEI, Como 18 settembre 1977.

[6] Margaret Rowbottom, Charles Susskind: Electricity and Medicine: history of their interaction.  San Francisco Press, Inc, San Francisco, CA, 1984.

[7] Gianni Bonera: Il dibattito tra Volta e Galvani e l'invenzione della pila. In: Sull'elettricità eccitata dal semplice  contatto di sostanze conduttive di diversa natura. Camera di Commercio di Como, 1999.

 

 

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