Come il vaso di Leyda ha rivoluzionato la comprensione dell’elettricità nel XVIII secolo

Nel gennaio del 1746, l'Accademia Reale delle Scienze di Parigi, attraverso il resoconto di Musschenbroek, descriveva il celebre esperimento che avrebbe segnato una pietra miliare nello studio dell’elettricità. Secondo l’esperimento, un conduttore, solitamente un cannone, veniva collegato a un generatore triboelettrico (cioè un generatore di elettricità da attrito), il quale trasferiva elettricità a una quantità di acqua che parzialmente riempiva una bottiglia di vetro. Se l’esperimentatore teneva la bottiglia in una mano e avvicinava l’altro conduttore con l’altra, si potevano generare delle scintille. Ma la vera sorpresa avveniva quando l’esperimentatore toccava direttamente il conduttore: una forte scossa elettrica lo colpiva, rivelando un fenomeno che avrebbe cambiato la comprensione della materia stessa.

All'inizio, infatti, la necessità di collegare la superficie interna ed esterna della bottiglia con un mezzo esterno — ovvero il corpo dell’esperimentatore — sembrava rappresentare l'ostacolo principale. Gli storici Cibelle C. Silva e Peter Heering (2018) osservano che, in realtà, il concetto di messa a terra non suscitava particolari preoccupazioni nei primi esperimenti. L’obiettivo principale era quello di elettrificare l’acqua contenuta nel vaso di vetro, che in sé rispettava la regola di Dufay: l’acqua, infatti, era contenuta in un materiale isolante, il vetro.

Nel frattempo, in Francia, Jean-Antoine Nollet, altro esperimentatore di rilievo, iniziò a studiare il vaso di Leyda, tentando vari esperimenti utilizzando liquidi diversi, e anche sostituendo il vetro con la porcellana. Nollet riuscì a dimostrare che la forma stessa del vaso non era fondamentale. Parallelamente, nel Regno Unito, il vaso suscitò un notevole interesse tra i membri della Royal Society di Londra, grazie a scritti di Abraham Trembley e William Watson, che iniziarono a esplorare in modo più sistematico le condizioni necessarie affinché si verificasse una scossa elettrica. Watson, in particolare, formulate precise condizioni per il corretto funzionamento dell’esperimento: aria secca, bottiglia di vetro sottile, superficie esterna asciutta, contatti ripetuti tra il corpo umano e l’oggetto elettrificato, e acqua calda all’interno della bottiglia. Secondo Watson, la forza elettrica descrive sempre un circuito. La sua intuizione chiave fu l'introduzione del concetto di circuito elettrico, che spiegava come il corpo umano stesso potesse fungere da collegamento tra l’interno e l’esterno della bottiglia, consentendo così alla scossa di verificarsi.

Inizialmente, Franklin postulate che la "vetro" fosse impermeabile al fluido elettrico, il che spiegava come il fluido accumulato sulla superficie interna fosse respinto dalla superficie esterna, provocando la scossa quando un esperimentatore toccava il conduttore. Tuttavia, la teoria di Franklin presentava dei punti ciechi: per esempio, non spiegava adeguatamente perché il vetro dovesse essere impermeabile al fluido elettrico, né come il fluido accumulato potesse spingere quello della superficie esterna a fuoriuscire. In risposta a questi dubbi, Franklin tentò di spiegare che le piccole porosità del vetro, create durante il processo di fabbricazione, impedivano il passaggio del fluido elettrico, limitandone la distribuzione. Nonostante queste difficoltà, la teoria di Franklin dominò per un lungo periodo, poiché offre una comprensione chiara del fenomeno che stava alla base del vaso di Leyda.

Anche se le teorie di Franklin hanno messo ordine nel concetto di elettricità, l'idea che il fluido elettrico fosse distribuito in modo uniforme in tutta la materia ha suscitato ulteriori dibattiti. Altri esperimentatori, come Watson e Hauksbee, avevano mostrato che il vetro poteva attrarre oggetti leggeri, ma Franklin si difese, sostenendo che non fosse il fluido a muoversi attraverso il vetro, ma piuttosto l’effetto di atmosfere elettriche che si formano attorno agli oggetti elettrificati.

Il vaso di Leyda non solo permise di comprendere meglio il funzionamento dell'elettricità, ma aprì anche la strada a una nuova era di esperimentazione e teorizzazione nel campo della fisica elettrica. La sua invenzione segnò un passaggio fondamentale dalla semplice osservazione a una comprensione più profonda dei fenomeni elettrici, che avrebbe portato alla formulazione di leggi e teorie che ancora oggi sono alla base della nostra comprensione della natura.

Come L'elettricità si Manifesta: Dalle Scintille ai Flussi d'Aria Elettrificata

L'elettricità si manifesta in vari modi, ma tra i fenomeni più affascinanti ci sono le scariche elettriche e la formazione di creste e punti luminosi che si osservano all'estremità di corpi elettrificati. L'esplosione rapida che accompagna queste manifestazioni è spesso associata alla scintilla elettrica, visibile come una luce intensa e un suono vibrante, che segnalano il passaggio di energia elettrica da un corpo a un altro. Tuttavia, la natura di queste scariche dipende da diversi fattori, come la forma e lo stato di carica del corpo coinvolto, e ciò porta a risultati variabili in termini di luminosità e direzione della scarica.

Un esempio classico è dato dal comportamento di un corpo con una forma sferica, come un globulo, posto in contatto con un’altra carica. Quando l'elettricità attraversa un corpo sferico, la sua energia si distribuisce uniformemente, creando una scarica luminosa che appare come una scintilla. Questo fenomeno è accompagnato da un’esplosione rapida, ma il risultato visibile è un punto luminoso che si estende per un breve periodo.

Se, invece, si utilizza un corpo con una forma appuntita, come una punta metallica, la situazione cambia. In questo caso, la forza attrattiva della punta è molto maggiore rispetto a quella di un corpo rotondo, e l’elettricità viene attirata verso la punta con maggiore intensità. Ciò provoca la formazione di una serie di getti luminosi che si concentrano verso l'estremità della punta stessa, creando un punto di condensazione all’apice. In questo caso, non si osserva la solita scintilla, ma una piccola stella luminosa che si forma solo nel punto di condensazione, mentre le particelle di elettricità scorrono senza formare una lunga scia.

Un altro fenomeno interessante è quello osservato nel caso di un corpo elettrificato negativamente. Qui, la forma sferica del corpo permette una distribuzione dell’elettricità che spinge il fluido elettrico verso una punta, dando luogo a una cresta luminosa, simile a quella di un becco di egretto. Il comportamento di questa cresta è ben documentato da esperimenti condotti da scienziati come Mr. Le Roy, il quale ha studiato l'uso di punte metalliche in diversi dispositivi elettrici. La sua ricerca ha mostrato come sia possibile distinguere tra cariche positive e negative in base alla forma e al comportamento delle scariche osservabili.

Nel contesto delle esperimentazioni sulla conduzione elettrica, Mr. Priestley ha aggiunto un altro elemento importante: la creazione di correnti d'aria da punte elettrificate. Quando una punta è carica positivamente, l’aria circostante tende a contenere una quantità di fluido elettrico maggiore rispetto all’aria che si trova lontano dalla punta. Questo provoca una spinta repulsiva che fa muovere le particelle d’aria verso l'esterno. Al contrario, una punta negativamente elettrificata produce un effetto simile, ma con l’aria che perde parte della sua carica, spingendo le molecole di aria a muoversi verso la punta stessa.

A livello sperimentale, uno degli esempi più noti di questa dinamica è quello della bottiglia di Leyden, che funge da condensatore per accumulare energia elettrica. Una volta caricata, la bottiglia libera l’elettricità attraverso i suoi contatti metallici, creando fenomeni che possono essere studiati per comprendere meglio il comportamento dei flussi elettrici in presenza di differenti materiali e condizioni atmosferiche. In particolare, se l'aria è asciutta e l’energia elettrica accumulata non è sufficiente a penetrare attraverso il vetro, l’elettricità rimarrà confinata all’interno del metallo, senza manifestarsi immediatamente.

In conclusione, questi esperimenti e osservazioni non solo evidenziano la complessità e la varietà dei fenomeni elettrici, ma suggeriscono anche l’esistenza di leggi fondamentali che regolano il comportamento dell’elettricità in natura. È fondamentale comprendere come la forma, la carica e le caratteristiche ambientali possano influenzare la manifestazione di questi fenomeni, aprendo la strada a nuove tecnologie e applicazioni nel campo dell'elettronica e dell'energia.

Come si è sviluppata la teoria elettrica nel XVIII secolo?

Nel XVIII secolo, gli studi sull'elettricità si trovavano ancora in una fase iniziale, caratterizzata da teorie che cercavano di spiegare fenomeni osservabili, ma senza una comprensione chiara dei principi fondamentali. Uno degli sviluppi più rilevanti di questo periodo fu la distinzione tra fluidi elettrici positivi e negativi, che contribuì in modo significativo alla nascita della moderna teoria dell'elettricità. Questo processo teorico non fu, tuttavia, privo di difficoltà e incertezze.

Benjamin Franklin, uno dei pionieri di questo campo, iniziò la sua indagine sull'elettricità con esperimenti relativi alla conduttività del vetro. Egli testò la permeabilità del vetro nei confronti dell'elettricità, ma i suoi risultati, sebbene noti a un ristretto gruppo di scienziati come John Lining, non supportavano l'idea che il vetro fosse completamente impermeabile all'elettricità. Franklin, purtroppo, non riuscì a spiegare compiutamente questo fenomeno, e alla fine abbandonò la discussione sull'argomento. La sua teoria dell'elettricità, però, continuò a svilupparsi e si estese ai concetti di attrazione e repulsione elettrica. Franklin ipotizzò che un corpo con un eccesso di fluido elettrico (un "atmosfera elettrica") interagisse con altri corpi, creando attrazione o repulsione a seconda della carica. La repulsione tra corpi della stessa carica, tuttavia, rimase un concetto difficile da spiegare. In mancanza di una spiegazione soddisfacente, Franklin propose che i corpi senza un'atmosfera elettrica si respingessero, ma senza andare oltre in una giustificazione approfondita.

Nel 1759, un altro scienziato, Robert Symmer, propose una teoria che ampliava e modificava quella di Franklin, introducendo l'idea di due fluidi elettrici distinti: uno positivo e uno negativo. L'osservazione di Symmer nacque dal fenomeno di cariche opposte osservato in calzini di colori diversi, che lo indusse a condurre esperimenti con fogli di metallo e la bottiglia di Leyden, per dimostrare l'esistenza di questi due fluidi. La sua teoria, purtroppo, non fu accolta con lo stesso favore in Inghilterra, dove l'influenza di Franklin rimaneva predominante, ma venne più apprezzata in Europa continentale.

Tutte queste teorie, purtroppo, non offrivano ancora una spiegazione completa dei fenomeni elettrici, ma costituivano i presupposti per la futura comprensione dell'elettricità. Il progresso nelle teorie fisiche richiedeva un rafforzamento delle idee e una maggiore solidità sperimentale, che non arrivò immediatamente. L'introduzione di concetti come la repulsione tra cariche simili e l'interazione tra le diverse "atmosfere" elettriche, pur non essendo completamente soddisfacenti, fornivano strumenti di lavoro per il futuro sviluppo delle scienze fisiche.

È interessante notare come, in questa fase iniziale della scienza elettrica, la sperimentazione fosse intimamente legata alle riflessioni filosofiche sul funzionamento della natura. La difficoltà nel trovare una teoria coerente dell'elettricità non derivava solo da una mancanza di evidenze empiriche, ma anche dal tentativo di comprendere i principi fondamentali della natura. La nascita della teoria dei fluidi elettrici positivi e negativi, così come l'ipotesi di Franklin sulle atmosfere elettriche, segnarono una fase cruciale in cui la scienza cercava di dare ordine al caos apparente dei fenomeni naturali.

In sintesi, questo periodo di incertezze e sviluppi teoretici pone le basi per una comprensione più profonda delle leggi fisiche che regolano il mondo naturale. Gli sforzi teorici di Franklin, Symmer e altri scienziati del tempo non solo ampliarono le conoscenze sulla natura dell'elettricità, ma contribuirono anche a un più ampio dibattito su come la scienza dovesse approcciare i fenomeni naturali, affrontando la complessità attraverso ipotesi e esperimenti.

Le teorie sviluppate in quel periodo, sebbene incompleti e talvolta contraddittori, sono fondamentali per comprendere il cammino che ha portato alla moderna teoria dell'elettricità. E proprio nella riflessione filosofica sulla natura dei fluidi elettrici si pone una questione più profonda: fino a che punto possiamo davvero comprendere la realtà, se non attraverso un continuo affinamento delle nostre teorie, delle nostre ipotesi e dei nostri strumenti sperimentali?