4. Sulla
induzione elettrostatica[1]
In una
delle mie ultime lettere a Faraday sollevai qualche dubbio circa le conseguenze
che sinora si è creduto poter dedurre dalle esperienze che servono di base per
il teorema fondamentale dell’induzione elettrostatica. Dopo che mi è stato
permesso di sottoporli alla prova dell’analisi sperimentale questi dubbi sono
passati nel mio animo allo stato di certezza, ed eccomi ora ben convinto che
l’enunciato del suddetto teorema deve essere radicalmente modificato. Vogliate,
per favore, verificare i fatti che vado a descrivere, e se li trovate esatti,
come sono certo, abbiate la bontà di comunicarli voi stesso all’Accademia: le
esperienze peraltro sono molto semplici[2].
A chiunque abbia studiato i primi elementi di
fisica è noto che, quando un conduttore isolato BC (Fig. 3) trovasi in presenza d’un corpo elettrizzato A, il principio
elettrico contrario a quello di A si svolge nella parte più prossima B, e
l’omologo nella parte più lontana C.
Fig. 3
E di fatto qualora un dischetto metallico isolato
sia, giusta il metodo d’Epino, posto in contatto coll’una o coll’altra
estremità del conduttore e quindi avvicinato ad elettroscopio elettrizzato, si
ottengono segni negativi per B e positivi per C se A è positivo; e si hanno,
per lo contrario, segni positivi per B e negativi per C nel caso ove A è
negativo.
L’esperienza può abbreviarsi, e rendersi
fors’anche più significativa, seguendo il metodo di Wilke, che consiste a
comporre il conduttore BC di due parti, le quali riunite e poscia separate,
nello stato d’isolamento, sotto l’influenza elettrica positiva o negativa di A,
vengono successivamente accostate all’elettroscopio già carico di una data
specie d’elettricità. Stantechè in tali circostanze le due parti trovansi
elettrizzate in senso contrario, l’anteriore mostrandosi costantemente fornita
dello stato elettrico opposto a quello di A. Qualunque indizio di elettricità
manca del tutto se le due parti vengono separate subito dopo di aver patita
l’azione del corpo A; prova manifesta che i fenomeni osservati non derivano da
una trasfusione elettrica di A in BC, ma sì bene da un disequilibrio introdotto
nella elettricità naturale dell’ultimo corpo per l’azione del primo.
Lo sviluppo de’ due principii elettrici in un
conduttore isolato per virtù del semplice influsso d’un corpo elettrizzato
posto ad una certa distanza è pertanto indubitato e indubitabile.
Tuttavia le sperienze allegate non dimostrano
questo sviluppo in presenza della forza
induttrice o attuante, ma dopo
l’esercizio di essa sul corpo attuato.
Si risponde che per mostrare l’esistenza reale
delle due elettricità durante l’azione basta servirsi d’un elettrometro
caricato o sospendere alcune coppie di pendolini tessuti con fili di lino e
midollo di sambuco lungo il cilindro indotto, ed accostarvi poi un bastoncino
elettrizzato di vetro o di ceralacca: giacché i moti elettrici de’ pendolini
nelle due porzioni del cilindro BC sono opposti tra loro, come pure le
indicazioni dell’elettrometro.
Ma alcuni istanti di riflessione bastano per
convincersi dell’insufficienza di codeste pretese dimostrazioni. Infatti gli
strumenti o congegni adoperati per conoscere lo stato elettrico del conduttore
BC sono dessi pure sottoposti all’influenza del corpo A e patiscono in B
un’azione molto maggiore in C: non potrebbe darsi che l’opposizione osservata
de’ segni procedesse unicamente da questa perturbazione degli strumenti e non
già dalla diversa qualità del principio elettrico nelle due porzioni del corpo
attuato?
Per sciogliere il quesito converrebbe dunque
trovare il modo di sottrarre nell’azione del corpo attuante gli apparecchi
impiegati nell’analisi del fenomeno.
Abbiasi una lamina metallica verticale
comunicante col suolo. Ad una certa distanza da siffatta lamina pongasi da un
lato una leggerissima pallina di midollo di sambuco sospesa ad un lungo e
sottil filo di lino, e dall’altro il conduttore della macchina elettrica. Per
quanto intensa sia l’elettricità del conduttore e minima la distanza della
lamina al pendolino, questo conserva esattamente la sua direzione verticale. Se
poi la pallina di sambuco è appesa ad un filo di seta od elettrizzata, una
certa attrazione si manifesta tra il pendolo e la lamina: ma tale attrazione
deriva unicamente da una forza di reazione
destata dall’elettricità del pendolo e non ha che fare coll’azione del corpo
situato oltre la lamina; com’è facile il convincersene rimovendo il conduttore
elettrizzato, o comunicandogli successivamente le due specie di elettricità:
poiché queste vicende capitali sono del tutto insensibili al pendolino, che
mantenuto nello stesso grado di elettricismo, forma sempre lo stesso angolo
colla verticale. Del resto l’attrazione di reazione che la lamina esercita sul
pendolo elettrizzato diminuisce rapidamente coll’allontanamento come tutte le
forze di questo genere, e diventa sensibilmente nulla ad una breve distanza.
Ora da questi fatti mi parve se ne potesse
inferire, che per sottrarre un corpo all’influenza o attuazione elettrica
bastava ripararlo convenientemente dietro una lamina di metallo la quale
comunicasse colla terra, o serbatojo comune, come la chiamano gli elettricisti.
Ciò m’indusse ad accostare successivamente un elettroscopio, così guarentito
dall’influenza del corpo attuante, presso ai punti B e C del cilindro
sottoposto all’attuazione; ed allora vidi, con somma mia sorpresa, lo strumento
indicar sempre la medesima specie di elettricità, la parte posteriore
esercitando tuttavia un’azione più potente della parte anteriore: nell’uno e
nell’altro caso i due corpicciuoli mobili dell’elettrometro caricato di
elettricità positiva si scostavano maggiormente tra di loro se A era
elettrizzato positivamente, e di cui univano per lo contrario la loro
divergenza quando A trovavasi elettrizzato negativamente, donde opporne che la
sola specie di elettricità sensibile nel cilindro sottoposto all’attuazione era
quella stessa del corpo attuante (*).
Passando poi all’esperienza de’ pendolini
accoppiati e sospesi lungo il cilindro BC, m’ingegnai prima di sottrarne questi
corpicciuoli all’azione diretta di A mediante alcune lamine metalliche
convenientemente disposte e comunicanti al pavimento. Presi poi una bacchetta
elettrizzata di vetro e l’accostai gentilmente al di sopra d’ogni coppia di
pendoli, in direzione normale all’asse di BC, avendo cura di ripararla essa
pure dall’azione diretta di A con una delle predette lamine. Le coppie
manifestavano sotto l’attuazione elettrica le solite divergenze, maggiori alle
estremità che verso il centro del cilindro: tuttavia ognuna di esse aumentò per
l’avvicinamento del vetro quando A era elettrizzato positivamente e diminuì
sotto la condizione contraria di A negativo.
Ripetei l’esperimento disponendo l’asta di vetro
parallelamente all’asse di BC, e per modo che venisse ad occupare presso a poco
la posizione centrale soprastante. Se i due principii elettrici del cilindro BC
trovavansi, come si vede, ancora generalmente, allo stato di tensione, le
divergenze de’ pendolini anteriori e posteriori dovevano necessariamente subire
delle variazioni opposte, per modo, che le prime diminuissero mentre le ultime
aumentano o viceversa, secondo la qualità positiva o negativa del corpo
attuante.
Or tutte queste divergenze si videro accresciute
simultaneamente nel primo caso, e simultaneamente diminuite nel secondo: ciò
che bastò per dileguare in forza, direi quasi, d’un sol colpo di bacchetta magica, le illusioni acquistate sin
dalla prima mia gioventù sulle opposte tensioni elettriche dominanti alle due
estremità del corpo indutto.
Allora cercai di confermare il nuovo fatto d’una
sola tensione elettrica durante l’attuazione senza il soccorso delle lamine
comunicanti col suolo ed ottenni l’intento nella disposizione seguente.
È noto che il cilindro vuoto di metallo destinato
alla dimostrazione de’ fenomeni d’induzione termina ad ogni sua estremità con
una lamina conformata sfericamente. Procacciate due di cotali superficie
emisferiche (Fig. 4) le chiusi con
due lamine piane dello stesso diametro; le corredai di pendoli semplici
analoghi a quelli che s’usano apporre alle facce posteriori de’ dischi
conjugati, le fermai notabilmente su colonne di vetro; e le feci comunicare tra
loro per mezzo d’un’asta metallica. Situato l’apparecchio ad una certa distanza
dalla macchina elettrica in attività vidi tosto i due pendolini divergere
scostandosi dai rispettivi piani verticali che chiudevano gli esemplari B, C.
La divergenza era minore in B che in C, ma derivante in ogni caso dalla
elettricità positiva, dappoiché la bacchetta elettrizzata di vetro recato
successivamente in B e in C respinse si l’uno che l’altro pendolo. La medesima
repulsione ebbe luogo sostituendo un sottil disco metallico all’emisfero B,
donde risultò la presenza dell’elettricità positiva sin presso la superficie
anteriore del corpo indotto. E quasi superfluo l’osservare che se il conduttore
della macchina trovavasi elettrizzato negativamente lo stato elettrico cambiava
e che in tal caso i due pendolini divergevano per elettricità negativa.
Fig. 4
Tutto l’artifizio di questo esperimento consiste,
come ognun vede, a disporre le cose per modo che gl’indicatori dello stato
elettrico proprio alle diverse parti del corpo attuato siano compiutamente
sottratti all’azione diretta del corpo attuante, donde la necessità che il
diametro trasversale di quest’ultimo corpo sia minore, o tutt’al più eguale, a
quello del primo.
Si potrebbe credere, a prima giunta, che la
presenza di una sola elettricità in tutta l’estensione del corpo attuato sta in
contraddizione colle sperienze del Colombo e degli altri fisici, i quali
trovarono mediante le più precise osservazioni fatte colla bilancia di
torsione, che la anteriore del corpo attuato è elettrizzata in senso contrario
della sua parte posteriore. Ma tale contraddizione non sussiste; e tutto
spiegasi felicemente colle opposte fasi di tensione insensibile e sensibile,
che assume successivamente sul piano di
prova una delle due specie di elettricità.
E veramente sia A positivo. Noi sappiamo per le
sperienze descritte sul principio di queste osservazioni che, dopo di aver
subita l’induzione e la separazione, i punti anteriori del cilindro BC si
mostrano elettrizzati negativamente, e gli ultimi fatti ci han provato che
questo stato elettrico è dissimulato durante l’attuazione e sostituito da una
certa dose di elettricità positiva. Suppongasi dunque che il punto anteriore
del detto cilindro BC toccato dal piano di prova possegga una sola unità di
elettricità positiva e quattro di elettricità negativa. All’istante del contatto
il piano di prova sarà elettrizzato positivamente, poiché la sola unità
elettropositiva è dotata di tensione apparente. Ma quando il piano, carico di +
1 d’elettricità sensibile e di – 4 d’elettricità dissimulata, si allontana da A
ond’esser sottoposto al raggio della bilancia di torsione, l’ultima specie di
elettricità acquista essa pure la tensione sensibile, neutralizza la positiva e
rimane in eccesso di tre unità. Se il punto toccato avesse tre unità di
elettricità dissimulata e due di sensibile, il piano di prova, positivo durante
il contatto di BC e la presenza del corpo A, manifesterebbe sulla bilancia di
torsione una elettricità negativa uguale all’unità. Finalmente il piano di
prova sarebbe ancora positivo all’istante del contatto con BC, ma non fornirebbe
più sulla bilancia di torsione verun segno elettrico positivo o negativo
qualora il punto toccato possedesse delle proporzioni uguali del principio
elettrico sensibile e del principio elettrico dissimulato.
Questo avvicendamento de’ due principii elettrici
nella parte anteriore del corpo attuato non contiene in sè nulla d’ipotetico ed
è anzi una conseguenza irrefragabile della esperienza d’Epino e delle mie
proprie osservazioni. Per renderlo tuttavia manifesto ed evidentissimo a
chiunque credesse permesso il respingerlo come non abbastanza consolidato,
basterà citare i fatti seguenti, che tutti possono riprodurre colla massima
facilità.
Supponiamo il conduttore che congiunge i due
emisferi B, C dell’ultimo esperimento, fatto a cerniera in C e terminato in B
con un gancio a pallina siccome s’usano nelle sperienze elettrostatiche. Questa
cerniera e questo gancio siano disposti per guisa che sollevando l’estremità B,
il conduttore se ne scenda in virtù del proprio peso lasciando B isolato.
Ottenuta la divergenza de’ pendolini e verificata
l’identità della loro forza motrice col principio elettrico attuante, si
toglierà la comunicazione tra B e C, prodotto così l’isolamento dell’emisfero
anteriore B, si scaricherà il conduttore della macchina elettrica, o il corpo
qualunque cui è dovuto il fenomeno dell’induzione. Allora il pendolino di B
diverrà più divergente di prima; e sarà facile il convincersi che questa
maggior divergenza non procede mica da un aumento d’energia nel principio
elettrico che lo teneva inizialmente scostato dalla corrispondente superficie
piana, come succede nell’analoga sperienza de’ dischi conjugati; ma si bene
dalla sostituzione di una elettricità
contraria, più copiosa della precedente: perciocchè que’ medesimi corpi i
quali si mostravano prima attraenti diverran repellenti, e viceversa (**).
Ecco dunque pienamente verificata col fatto la
lotta che, al cessare dell’influenza di A su BC, si stabilisce nella parte
anteriore di quest’ultimo corpo tra il principio elettrico dissimulato ed il
principio elettrico sensibile.
Conchiudiamo, che durante l’attuazione o
induzione elettrostatica, la sola elettricità omologa alla forza induttrice
trovasi sviluppata in quantità più o men grande su tutta l’estensione del corpo
indotto; mentre l’altro rimane totalmente dissimulato alla sua parte anteriore
e non vi apparisce se non dopo d’averla isolata e sottratta all’azione della
forza attuante.
Quantunque la presenza della elettricità
dissimulata resti dimostrata, per le precedenti sperienze, nella sola parte
anteriore, nondimeno la diffusione della elettricità contraria in tutta
l’estensìone del corpo attuato m’induce a credere ch’essa pure trovisi in
proporzione più o men grande, nelle diverse parti di questo corpo; ed ho anzi
escogitato un apposito apparecchio[3]
onde mettere la cosa in evidenza. Non mancherò d’informare l’Accademia del
risultato delle mie ulteriori ricerche; e porrò fine alle considerazioni
presenti con un esempio, il quale dimostra egregiamente, se non m’inganno, che
le modificazioni da introdursi nella legge fondamentale dell’attuazione
elettrica, lungi dal complicare inutilmente le spiegazioni de’ vari fatti
relativi all’induzione, le rendono anzi più semplici, e le accolgon tutte
indistintamente sotto un principio unico ed invariabile, il solo che sia
veramente razionale e conforme all’osservazione.
Tra le due maniere di elettrizzare un
elettrometro, la più usitata consiste, come ognun sa, a toccare, in presenza
del corpo elettrizzato, la sua guarnizione metallica superiore ed a sottrar
poscia lo strumento all’azione induttiva della forza elettrica: poiché allora
gl’indici divergono in virtù d’una elettricità contraria.
Ora, se giusta l’opinione generalmente adottata
sino al giorno d’oggi, le elettricità si trovassero amendue sviluppate con
tensione nel cilindro orizzontale che serve a stabilire il principio
dell’induzione elettrica, esse dovrebbero certamente sussistere colle medesime
proprietà sulla parte metallica verticale e isolata dell’elettrometro;
stanteché in questa sorta di fenomeni la differenza di posizione rispetto alla
gravità non ha nessuna influenza. Perché dunque quando si tocca l’istrumento
mettendola così in comunicazione col suolo, le elettricità sviluppate per
induzione non se ne fuggono ambedue nel serbatojo comune? Evidentemente perché
l’una di esse trovasi in uno stato diverso dall’altra: o, più esplicitamente,
perchè l’elettricità omologa a quella del corpo attuante è la sola mobile e
dotata di tensione, mentre la contraria non possiede, nè l’una, nè l’altra
proprietà.
La carica induttiva degli elettrometri non si
poteva spiegare altrimenti. Sicchè per essa s’adattava tacitamente una dottrina
diversa da quella apertamente sostenuta nella spiegazione de’ fenomeni
elettrici che offre il cilindro orizzontale sottoposto all’induzione.
Questa contraddizione è tolta nella proposizione
fondamentale dell’attuazione elettrica risultante delle precedenti nostre
osservazioni, dove il diverso stato delle due elettricità indotte diventa un
principio generale perfettamente dimostrato dall’esperienza.
———
(*) Per rimuovere qualunque sospetto che
l’elettricità osservata in BC derivasse da una trasmissione del fluido eccitato
in A, dirò che dopo ognuna delle predette osservazioni e dalle analoghe
susseguenti, si scaricava il conduttore della macchina elettrica, mettendo
subito dopo a contatto di BC un sensibilissimo elettroscopio a foglie di oro; e
che si rigettarono come inconcludenti quelle poche osservazioni le quali dopo
la scarica del conduttore furono seguite dalla manifestazione del più leggero
indizio d’un residuo elettrico nel cilindro sottoposto all’attuazione.
(**) Per osservare con facilità siffatte
metamorfosi torna comodissimo il cannello assaggiatore del prof. Belli, il
quale consiste, com’è ben noto ai cultori della scienza elettrica, in un tubo o
cilindro di vetro metà nudo e metà ricoperto d’uno strato di ceralacca che
stropicciato col pannolano presenta ad un tratto 1’una e 1’altra specie di
elettricità.