L'elettricità

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elettricitа
Lessicosf. [sec. XVIII; da elettrico]. 1) Termine generico indicante tutti i fenomeni fisici cui partecipano le
cariche elettriche, sia in quiete, sia in moto; in questa accezione и sin. di elettrologia. I fenomeni
elettrici tuttavia non possono essere studiati indipendentemente da quelli magnetici, per cui lo
studio dell'e. viene ormai compreso nell'ambito degli studi sull'elettromagnetismo. Con altra
accezione, и sin. di carica elettrica, cosм come lo и il termine quantitа di elettricitа. E. statica,
complesso di cariche elettriche che si formano su corpi elettricamente isolati, in condizioni
atmosferiche particolari (tempo freddo e secco). 2) Nel linguaggio com., l'energia elettrica. Fig.,
irrequietezza, nervosismo: nell'assemblea si notava molta elettricitа.Cenni storici: dall'etа classica al XVII secoloSebbene i Greci avessero giа constatato l'esistenza di fenomeni elettrici (p. es. l'attrazione di
pagliuzze per strofinio dell'ambra), solo nel Rinascimento ci si pose il problema di ampliare le
esperienze secondo una sempre piщ chiara visione metodologica. Dopo i lavori di G. Fracastoro,
G. Cardano e G. B. Della Porta, ancora notevolmente influenzati dalla cultura scolastica, W.
Gilbert, medico di corte della regina Elisabetta, pubblicт nel 1600 il fondamentale trattato De
magnete, magneticisque corporibus et de magno magnete tellure physiologia nova (La nuova
fisiologia del magnete, dei corpi magnetici e del grande magnete della Terra), nel quale descrisse
moltissime esperienze, ca. 600, di cui alcune veramente originali, e tentт di spiegare i fenomeni
studiati con una teoria che sebbene ingenua (tutti i corpi deriverebbero da due soli elementi
primi, la terra e l'acqua, ed essendo l'acqua uncinata, solo i corpi originati da essa avrebbero la
proprietа di attirare i corpiccioli) consentiva tuttavia di respingere le teorie precedenti che
ritenevano il calore responsabile dell'attrazione e che introducevano ipotetici "effluvi". Dopo
Gilbert la sperimentazione ebbe un notevole sviluppo; furono ideate e studiate particolari
macchine per produrre elettrizzazione sempre piщ forte, tipica la sfera elettrostatica di O. von
Guericke costruita intorno al 1650. Nel Settecento si assiste a una vera e propria esplosione
dell'interesse degli scienziati per i fenomeni elettrici. L'elettrologia, si puт ben dire, nasce in
questo secolo, alla fine del quale si sono svolti anche i primi tentativi di sistemare teoricamente
la massa ormai ingente dei risultati sperimentali secondo la linea matematico-quantitativa
newtoniana, che tanto successo aveva conseguito nella meccanica. Cosм nella prima metа del
secolo si raggiunsero importanti risultati, quali la distinzione tra corpo isolante e corpo
conduttore, dovuta a G. T. Desaguliers che si giovт di alcuni lavori di S. Gray, e la scoperta
dell'esistenza di due tipi di e., vitrea e resinosa, dovuta a C. F. de Cisternay du Fay.
Moltiplicando gli esperimenti si potй dimostrare che ogni corpo puт essere elettrizzato,
contrariamente a quanto si era creduto fino ad allora, e che non esistono un isolante perfetto e un
conduttore perfetto. Nel 1745 P. van Musschenbroek realizzт il primo apparecchio per
accumulare l'e., la cosiddetta "bottiglia di Leida"; l'intensitа delle scariche che si ottenevano con
tale strumento permise di effettuare esperimenti che ebbero vasta eco scientifica tanto che l'e.
divenne argomento alla moda. Se ne parlava nei salotti, si organizzavano spettacoli sui
fenomeni "elettrici", e anche i medici seguivano attentamente questi strani fenomeni, fiduciosi in
una loro utilizzazione terapeutica. In quest'epoca B. Franklin diede inizio alle ricerche intorno al
cosiddetto "potere delle punte", che lo indussero a supporre che l'e. fosse un elemento che per
effetto dello strofinio veniva accumulato o sottratto ai corpi. Guidato dall'intuizione di una
profonda analogia tra la scintilla e il fulmine, Franklin eseguм il 10 maggio 1752 la famosissima
esperienza che doveva portare alla realizzazione del parafulmine. Tra le opere a carattere
teorico apparse in questo periodo, particolare rilievo ha Dell'elettricismo artificiale e naturale libri
due di G. B. Beccaria, pubblicata nel 1753, nella quale vengono approfonditi i concetti di
conduttore (da Beccaria chiamato deferente) e di isolante; inoltre viene introdotto per la prima
volta l'importante concetto di resistenza, analizzato e studiato piщ a fondo nel lavoro successivo:
Elettricismo artificiale del 1772. Queste indagini sono state poi proseguite da H. Cavendish che
diede inizio a sistematiche misurazioni di resistenza. Sulla scia degli studi di Franklin, R.
Symmer e F. Aepino, pur con notevoli differenze tra loro, elaborarono una teoria secondo la quale
l'e. era dovuta a due fluidi elettrici imponderabili, vere e proprie sostanze che si respingono o si
attirano secondo che siano o meno dello stesso segno e che si muovono piщ facilmente in alcuni
corpi che non in altri. Tale concezione rendeva conto con una certa completezza delle esperienze
dell'epoca, ma essendo di tipo qualitativo, era ritenuta insoddisfacente da molti fisici che
intendevano conseguire una dettagliata analisi quantitativa. C. A. Coulomb, prendendo spunto da
alcuni lavori di Cavendish, condusse dal 1780 al 1789 una serie di osservazioni nell'intento di
stabilire la forma matematica della forza elettrica, in ciт aiutato dai suoi precedenti studi sulla
resistenza dei materiali che l'avevano condotto a costruirsi la famosa bilancia di torsione. Da
questi esperimenti arrivт a concludere che le forze elettriche sono di tipo newtoniano, dipendono
cioи dall'inverso del quadrato delle distanze fra i corpiccioli carichi.
L'elettrologia sembra di colpo, anche se molto resta da fare, inserita nel magnifico apparato
matematico che tanto prestigio ha conferito alla meccanica newtoniana e su questa strada
proseguirono gli studi verso una crescente interpretazione matematica.Cenni storici: il XIX secoloS. Poisson nei primi decenni del sec. XIX estese all'e. e al magnetismo il concetto di potenziale,
giа introdotto in meccanica da Eulero, e matematicamente sviluppato nei lavori di P. S. Laplace;
G. Green portт a compimento questo notevolissimo interesse analitico in un'opera del 1820 dal
titolo Saggio sull'applicazione dell'analisi matematica alla teoria dell'elettricitа e del magnetismo.
Questo indirizzo prevalentemente matematico non interruppe, tuttavia, le ricerche dei fisici
sperimentali. La scoperta piщ importante di questo periodo, che tante e cosм vaste ripercussioni
ha avuto non solo su tutto l'insieme della fisica teorica ma anche e soprattutto sul mondo della
tecnica e della produzione, и quella della corrente elettrica che ha avviato un periodo intenso di
fruttuose ricerche che hanno portato in breve tempo alla fondazione dell'elettrodinamica e
dell'elettrochimica. Ne sono iniziatori due scienziati italiani che hanno dato vita, in quegli anni, a
un accesissimo e polemico dibattito: Luigi Galvani e Alessandro Volta. Il primo, professore di
anatomia all'Universitа di Bologna, ebbe modo di osservare che i muscoli di una rana si
contraevano quando venivano toccati con un conduttore in presenza di una macchina
elettrostatica in funzione. Successive esperienze convinsero Galvani che anche l'e. atmosferica
era in grado di sollecitare la rana e che la stessa rana era sede di e., detta e. animale (v.
bioelettricitа). Le ricerche di Galvani furono riprese da Volta che, dopo un iniziale atteggiamento
favorevole nei confronti dell'e. animale, constatт, come giа Galvani, che il fenomeno della
contrazione risultava accentuato se l'arco metallico formato per provocarlo era costituito da due
metalli diversi e finм per concludere (1795) che la fonte dell'e. non sta nell'organismo vivente
bensм nel contatto dei due metalli. Attraverso successive sperimentazioni, Volta giunse ad
amplificare l'effetto riscontrato costruendo un dispositivo produttore di e. divenuto noto come
"pila di Volta" (1799), da lui chiamata "apparato elettromotore" o anche "apparato colonna". Tale
realizzazione diede un notevole impulso agli studi sugli effetti chimici e termici determinati dalla
corrente elettrica. Si distinse in questo campo H. Davy, che dalla decomposizione della potassa
e della soda ottenne per la prima volta sodio e potassio; Davy studiт inoltre il comportamento di
conduttori a diverse temperature arrivando a concludere che "il potere conduttore dei metalli
varia con la temperatura ed и piщ basso quasi nello stesso rapporto in cui la temperatura и piщ
alta". Queste ricerche furono poi proseguite da G. S. Ohm che pervenne alla legge che collega la
corrente passante in un conduttore con la sezione e la lunghezza dello stesso, e definм con
precisione il concetto di resistenza. Ormai l'e. stava divenendo uno dei capitoli piщ importanti
della fisica e della chimica. Si hanno moltissimi risultati di notevole interesse, tra i quali: la
scoperta dell'effetto termoelettrico, dovuta a T. J. Seebeck nel 1821, che permise la costruzione
di un altro generatore di corrente (altri generatori verranno ideati da J. F. Daniell nel 1836, da W.
R. Grove nel 1839, da G. Leclanchй nel 1867, da J. L. Clark nel 1878, da E. Weston nel 1893); la
scoperta dell'effetto Joule; lo sviluppo delle misurazioni elettriche; lo studio approfondito
dell'elettrolisi. Ma i risultati piщ straordinari dell'epoca riguardano la scoperta della profonda
relazione esistente fra e. e magnetismo, e la conseguente rilevazione di forze di tipo non
newtoniane. D'allora in avanti lo sviluppo dell'e. si и identificato con lo sviluppo
dell'elettromagnetismo.Fisica: generalitаNell'ambito della sistemazione matematica dei fenomeni elettrici, risulta fondamentale
l'introduzione dei concetti di campo elettrico, campo elettrostatico e campo elettromotore.Fisica: campo elettrico Zona di spazio in cui, immergendo una carica elettrica q, questa risulta soggetta a una forza F. A
ogni punto del campo si fa corrispondere un vettore E, detto intensitа del campo elettrico, che
rappresenta la forza che agisce sull'unitа di carica positiva posta in quel punto e si misura in N/
C, se le forze sono misurate in newton e le cariche in coulomb: E = F/q. Piщ frequentemente,
tuttavia, si usa l'unitа di misura equivalente volt al metro (V/m) o i suoi multipli. Si chiamano linee
di forza le linee aventi la proprietа di essere in ogni punto tangenti alla direzione della forza; a
esse si attribuisce un verso coincidente con quello delle cariche positive in moto sotto l'azione
del campo. Si conviene inoltre di rappresentarle tanto piщ fitte quanto maggiore и l'intensitа del
campo (criterio di Faraday). Un campo elettrico si dice uniforme quando la sua intensitа E и
ovunque costante. La descrizione matematica dei campi elettrici viene fatta con il formalismo dei
campi vettoriali.
Fisica: campo elettrostatico Detto anche campo coulombiano, и un campo elettrico generato da cariche statiche.
L'intensitа del campo generato da una carica puntiforme Q si ricava dalla legge di Coulomb: и
direttamente proporzionale alla carica Q e inversamente proporzionale al quadrato della distanza
r di Q dal punto P considerato; и diretto secondo la congiungente QP; il campo и attrattivo o
repulsivo secondo che Q sia negati va o positiva: < vedi formula > in cui e и la costante dielettrica del
mezzo considerato. Espressioni di E piщ complesse si hanno quando il campo и generato da piщ
cariche puntiformi, oppure da cariche ripartite su linee, su superfici o entro volumi; non и tuttavia
difficile pervenire a tali espressioni, perchй l'intensitа del campo generato da cariche qualsiasi,
comunque disposte, и il risultante vettoriale dell'intensitа del campo generato da ogni singola
carica (principio di additivitа). Il campo elettrostatico и legato al concetto di potenziale, cioи al
lavoro compiuto dalle forze del campo per spostare la carica unitaria fra due punti di esso: tale
lavoro si puт esprimere mediante la differenza tra i valori che una certa grandezza scalare, detta
potenziale del campo, assume nei due punti; il potenziale non dipende, cioи, dal particolare
cammino considerato, ma soltanto dalla posizione dei due punti; per tale proprietа il campo
elettrostatico si dice posizionale o conservativo. Il potenziale elettrostatico и una grandezza
scalare, variabile in generale da punto a punto, di espressione dipendente dal campo che si
considera, e rappresenta il lavoro fatto dalle forze del campo per portare l'unitа di carica elettrica
positiva dal punto considerato all'infinito; ha le dimensioni del rapporto tra un lavoro e una carica
elettrica e viene misurato in joule/coulomb, unitа alla quale si dа il nome di volt. Il prodotto del
potenziale di un punto del campo per il valore di una carica che si trovi in quel punto rappresenta
l'energia potenziale elettrostatica della carica. La differenza di potenziale, o tensione elettrica, tra
due punti A e B esprime il lavoro fatto dalle forze del campo per portare da A a B la carica
unitaria. Se q и la carica spostata, si ha: L=q(VA-VB), in cui VA e VB rappresentano il potenziale in
A e in B. L'insieme dei punti del campo in cui il potenziale assume uno stesso valore costituisce
una superficie equipotenziale. Le forze del campo tendono a spostare le cariche in modo da
diminuirne l'energia potenziale e l'intensitа del campo и sempre diretta nel verso dei potenziali
decrescenti. Il potenziale del campo generato da una carica puntiforme Q assume l'espressione
< vedi formula > , dove e и la costante dielettrica del mezzo, r la distanza di Q dal punto considerato.
Per campi generati da piщ cariche, si applica il principio di additivitа, per cui il potenziale in un
punto и la somma dei potenziali dei campi generati da ogni singola carica. Nel caso dei campi
uniformi, la relazione tra intensitа del campo E e potenziale assume una forma molto semplice:
se d и la distanza tra due punti A e B di un campo uniforme e VA VB sono i rispettivi potenziali, si
ha che EЧd= =VA-VB. Da questa espressione si ricava un'importante proprietа dei campi elettrici
di carattere generale: < vedi formula > cioи, se tra due punti di una certa regione dello spazio c'и una differenza di potenziale, esiste in
quella regione un campo elettrico, mentre se il potenziale elettrico и costante in una regione di
spazio, in quella regione non esiste campo elettrico. Un teorema fondamentale per lo studio del
campo elettrostatico и il teorema di Gauss, che asserisce che il flusso del campo uscente da una
superficie chiusa и uguale alla somma algebrica di tutte le cariche contenute all'interno della
superficie divisa per la costante dielettrica del vuoto. Una conseguenza di questo teorema и, p.
es., che, in condizioni di equilibrio le cariche elettriche si dispongono sempre tutte sulla
superficie esterna dei conduttori. Per descrivere completamente il campo elettrostatico quando vi
sono fenomeni di induzione elettrostatica, si introduce il vettore di induzione dielettrica, D, che si
misura in coulomb/m2 ed и legato al vettore E dalla relazione D=eE, in cui e и la costante
dielettrica del mezzo. Il problema piщ generale dell'elettrostatica consiste nel calcolare il campo
generato da una distribuzione nota di cariche elettriche situate in punti fissi dello spazio, in
presenza di un certo numero di conduttori di forma e di dimensioni note, parte dei quali possono
essere mantenuti a potenziali noti e parte possono essere isolati e possedere delle cariche totali
determinate.
Tale problema presenta di solito delle difficoltа matematiche notevoli ed и complicato dal
fenomeno dell'induzione elettrostatica. Il teorema di Gauss, scritto in forma appropriata dal punto
di vista analitico (cioи in forma differenziale), permette di determinarne la soluzione, tenendo
conto del fatto che la superficie di ciascun conduttore и una superficie equipotenziale.Fisica: campo elettromotore Campo elettrico non conservativo prodotto da un generatore elettrico per ottenere il passaggio
della corrente in un circuito elettrico; la sua natura dipende dal tipo di generatore (pila, macchina
elettrostatica, dinamo, ecc.).GeofisicaSulla superficie terrestre e nell'atmosfera esistono cariche elettriche positive e negative che
producono un campo elettrico. Il potenziale del campo si assume, per riferimento, uguale a zero
sulla superficie della Terra, ma in realtа и variabile nel tempo e da luogo a luogo. La Terra non si
comporta come un conduttore perfetto: nel suo interno, infatti, il campo non и nullo. Mentre nel
nucleo circolano le correnti responsabili del campo magnetico terrestre, e nella zona del mantello
si possono manifestare correnti prodotte da cause termoelettriche, nella zona piщ superficiale
della crosta si generano potenziali spontanei direttamente misurabili. Questi sono determinati da
vari fenomeni che si producono in terreni incoerenti in corrispondenza con particolari condizioni
idrologiche e climatiche. Si possono distinguere potenziali elettrochimici, di elettrofiltrazione e di
diffusione. I potenziali elettrochimici si producono in rapporto a concentrazioni di minerali
conduttivi, in particolare per contrasto tra la parte affiorante e quindi ossidata del giacimento e la
parte profonda: entro questi corpi mineralizzati ed entro le rocce che li contengono circolano
allora correnti simili a quelle prodotte dalle pile elettriche. I potenziali di elettrofiltrazione si
producono per filtrazione dell'acqua in strati permeabili o porosi; p. es., nel caso d'infiltrazione di
acque per gravitа o per capillaritа o evaporazione, in genere la discesa dа luogo in superficie a
potenziali negativi e la salita a potenziali positivi: i potenziali spontanei di questo tipo sono,
come quelli elettrochimici, dell'ordine di 1-2 V. I potenziali di diffusione hanno valore inferiore e si
manifestano quando vengono a contatto elettroliti di diversa concentrazione, come avviene, p.
es., al contatto tra falde di acqua dolce e di acqua salata. Numerosi altri fenomeni influenzano il
potenziale sulla superficie della Terra; tra questi i fenomeni meteorologici quali il riscaldamento
differenziale del suolo, l'attrito del vento sul terreno, l'induzione delle cariche elettriche delle
nubi. Di grande importanza sono i fenomeni connessi con l'attivitа solare, in particolare gli
sciami di particelle elettricamente cariche che giungono sulla Terra. Tutte queste variazioni di
potenziale danno origine a correnti elettriche, dette correnti telluriche, che, per la bassa resistivitа
degli strati superficiali della litosfera, circolano su grandi estensioni con intensitа e direzione
irregolari; esse sono inoltre soggette a variazioni nel tempo secondo cicli diurni e annuali.
Nell'atmosfera il potenziale elettrico varia, se il tempo и sereno, con una certa regolaritа: in
prossimitа del suolo il gradiente elettrico verticale и di 100 V/m, valore che diminuisce con
l'altezza, ma in maniera non proporzionale, dato che a 6 km и di soli 10 V/m. I fenomeni
meteorologici causano perт fortissime variazioni di potenziale e durante violenti temporali si
possono avere differenze di potenziale di milioni di volt tra nube e nube o tra nube e terra con
conseguenti violente scariche elettriche. La conducibilitа cresce invece con l'altezza e negli strati
superiori dell'atmosfera diventa elevatissima per la forte ionizzazione; si possono allora formare
grandi correnti elettriche.BibliografiaPer la storia della scienza: R. Becker, Teoria dell'elettricitа, Firenze, 1950; E. Whittaker, A
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Rossi (a cura di), Enciclopedia dell'elettricitа e energia, Milano, 1989.

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