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giovedì 9 ottobre 2014

Faraday: Elettricità ed Elettromagnetismo.

di Salvatore Aglieri Rinella con Attilio A. Romita                          9 ottobre 2014

AAR Ciao Salvatore, dopo una lunga pausa per l’estate e per qualche mia “distrazione” penso sia giusto riprendere le nostre chiaccherate sul cammino della fisica. Abbiamo parlato dei grandi fisici dall’antichità ai giorni nostri ed in qualche occasione è uscito il nome di Faraday, un oscuro libraio di Londra che con le sue scoperte ci avrebbe fatto fare molti passi avanti nella scoperta della Fisica.
SAR – Se ricordo bene i nostri dialoghi sono cominciati con i buchi neri. E io ho cominciato una lungo viaggio che sembra non correlato. Ma è anche vero che per arrivare ai buchi neri dovremo parlare di energia atomica, anzi più precisamente di fusione nucleare, ma di quella che solo le stelle possono fare. Si tratta della mia solita pillolina sui dialoghi futuri. Ormai ci siamo abituati. Abusiamo del tempo come ci pare con il nostro pensiero.
AAR - Torniamo a Faraday. Dai tempi di scuola ricordo vagamente delle leggi che portano il suo nome, anche una unità di misura dei condensatori elettrici porta il suo nome, il Farad. In qualche circo equestre sparano fulmini su una gabbia metallica, appunto la Gabbia di Faraday, e l’omino al suo interno se ne sta tranquillo a fumare una sigaretta.
SAR Forse è arrivato il momento di capire meglio chi era Faraday che, se ai  suoi tempi lo avessero già inventato, si sarebbe certamente meritato il Premio Nobel. - Di famiglia povera, senza una istruzione regolare ai primi del 800’ a 13 anni comincia a lavorare in una libreria come rilegatore. Cosa fa il nostro giovane Michael? Se li legge. Diventa un grande autodidatta.
AAR – Ma Faraday, oltre a leggere, ha contatti con qualche scenziato del suo tempo?
SAR - Segue anche le lezioni di uno scienziato Humphry Davy. A fine corso chiede una udienza allo stesso con il suo quaderno di appunti scritto con bella calligrafia e ovviamente ben rilegato. Il professore ne intuisce le capacità e lo assume come assistente. Una bella storia che bisognerebbe raccontare ai nostri giovani. Comincia l’attività di ricerca e sperimentale di Faraday. Diventa un grande scienziato. Da contributi in tanti campi. A noi interessa l’elettricità. Scopre la legge di induzione appunto di Faraday. Si sapeva da Ampere e altri che una corrente elettrica in un filo crea un campo magnetico, quindi è capace di deviare una bussola.  Lui trova che un magnete in movimento può indurre correnti in un filo Ed ecco a voi la base teorica per progettare i motori elettrici, gli alternatori delle centrali …. Fermatevi un attimo. Guardate la lampada del vostro scrittoio, ascoltate la ventola del vostro computer e dite “Grazie Faraday”. Ripetetelo quando prendete l’ascensore. Grazie
AAR – Grazie Salvatore di averci ricordato le implicazioni pratiche del lavoro di Faraday. Come tu sai mi piace tanto tenere i piedi per terra. Ma so anche che poi tu te ne voli via. Cosa vuoi dirmi di Faraday di così importante per il nostro viaggio verso i buchi neri?
SAR – Attilio ormai siamo in perfetta interazione. Si hai ragione. Faraday introduce un concetto che costituisce uno dei più grandi passi del pensiero filosofico e scientifico. Faraday asserisce che tra due cariche elettriche o tra due magneti si generano delle “linee di forza”. Famosi i suoi disegni con la limatura di ferro sul un foglio di carta con sotto due poli magnetici. Dimostrazione che si fa in tutte le scuole superiori. Il genio aveva scoperto il “concetto di campo”. La carica non attrae o respinge istantaneamente l’altra carica elettrica. No. La sua presenza modifica lo spazio circostante, un campo appunto, dove si generano fenomeni elettrici. E questo campo elettrico a sua volta interagisce con l’altra carica elettrica. Lo stesso vale per i magneti.
AAR – Sembra più che altro un artificio. Un modo alternativo di descrivere il fenomeno.
SAR – Si. Così infatti lo era per Newton e tanti altri grandi scienziati dell’epoca. Ma Faraday da una dignità di esistenza al campo. È una realtà fisica, come le cariche. È il mediatore tra le due cariche. Trasporta la forza elettrica lungo delle linee che sono appunto le linee di forza. La forza non è più istantanea. La carica crea il campo. Il campo si propaga e la seconda carica sente la forza di attrazione del campo. Faraday non aveva la strumentazione matematica per completare l’opera. Ma aveva fatto fare un passo grandioso al pensiero umano.
AAR – Quella parola istantanea mi fa ricordare una nostra simpatica polemica quando mi hai detto che le leggi di Newton sono sbagliate, perché la forza è istantanea? Poi hai anche chiarito il senso di sbagliato nel progredire delle scienze fisiche.
SAR –Proprio così. Faraday aveva concettualmente risolto e superato il problema di Newton. Due grandi avrebbero preso il suo testimone. Maxwell che tradurrà in matematica le idee di Faraday e scoprirà (matematicamente) le onde elettromagnetiche e fonderà l’elettromagnetismo. Einstein sarà il figliolo di Maxwell con la sua relatività ed a lui dedicheremo una prossima chiaccherata.
AAR – Mi sono un po perso in questi concetti di Forze e Campi che mi sembra Faraday abbia iniziato a comprendere e spiegare…
SAR -  Si, riepilogando. Faraday introduce il concetto di campo come mediatore delle forze. Tutta la fisica moderna si basa sui campi! Anzi esistono solo campi che interagiscono tramite campi. Anche i costituenti elementari degli atomi sono campi. Campi su campi.  Arriveremo piano piano a questi concetti. Ve lo avevo detto. La fantascienza al cospetto della scienza è un gioco da adolescenti.
AAR – Questa ripresa autunnale delle nostre chiaccherate ci ha di nuovo immerso nel complesso mondo della scienza. Molti di questi nuovi concetti sembrano abbastanza difficili da comprendere e sono sicuro che nel seguito diverranno più chiari.