Michael Faraday e la legge dell'induzione elettromagnetica

PRESENTAZIONE

Michael Faraday, diciannovenne londinese, rilegatore presso una bottega, decise che avrebbe dovuto fare lo scienziato perché, una sera, tornando a casa dalle lezioni del professor Tatum (professore di scienze), che frequentava non potendo permettersi l'iscrizione ad un'università, si accorse che l'Europa era in un periodo di crescita e di sviluppo dal punto di vista tecnologico.

La base del suo lavoro fu la scoperta di Luigi Galvani, anatomista italiano, riguardo all'elettricità animale. Questi stava eseguendo alcuni esperimenti con le scosse elettriche, quando vide che esse provocavano spasmi e contorsioni nelle rane morte. Galvani credeva che, quasi certamente, la fonte d'ogni vita animata fosse l'elettricità.

Lo stato morale di Faraday in quel periodo era a dir poco pessimo perché era da poco morto suo padre e la sua famiglia, appena trasferitasi in un altro quartiere di Londra, viveva solo con il suo stipendio da rilegatore (famiglia = madre e tre fratelli più giovani).

Michael, però, voleva scoprire se l'intuizione di Galvani fosse vera.

LA VITA DI MICHAEL PRIMA DELLA SUA CARRIERA SCIENTIFICA

Michael nacque il 22 settembre 1791 a Newington, egli era di famiglia sandemanista, a causa dei suoi genitori che professavano questa fede. Questa religione credeva nelle punizioni corporali.

Michael, nonostante fosse stato educato da buon sandemanista, era,  rispetto alla società inglese del momento, poco di più di un teppistello povero ed ignorante.

James Faraday, padre di Michael, pensava che il lio sarebbe dovuto diventare fabbro, ma dovette ammettere, a malincuore, che quella non era la sua strada.

Intanto la rivoluzione industriale avanzava e la macchina a vapore sembrava il futuro del mondo.

Michael iniziò a lavorare in una nuova libreria gestita da George Riebeau, seppur non sapesse leggere, né scrivere.  Nonostante tutto, però, diventò apprendista rilegatore ed imparò anche a leggere e scrivere.

La vita di questo ragazzo cambiò quando, mentre stava rilegando un'enciclopedia, si soffermò a leggere le ine riguardanti l'elettricità e scattò come una molla dentro di lui.

Da allora, la sera, dopo il lavoro, si fermò in libreria per leggere, commentare e sviluppare le sue teorie su questo fenomeno, del quale si sapeva poco o niente; partecipò, inoltre, a lezione pubbliche tenute da Davy, famoso filosofo e direttore della Royal Institution di Londra.

Michael allestì un piccolo laboratorio nel retro della bottega dove lavorava e realizzò un generatore elettrostatico: un apparecchio ad avviamento a manovella, che produceva scintille di elettricità statica.

Per accrescere iniziò a leggere anche testi "fai da te"; un libro che gli insegnò molto fu Improvement of the mind di Isaac Watts, dal quale imparo i quattro metodi migliori per apprendere.

Egli iniziò poi a frequentare una specie di "gruppo di lavoro scientifico" a casa di un docente di scienza, il prof. John Tatum.

Durante ogni lezione, uno degli allievi teneva una lezione su un argomento a scelta, che si era preparato in precedenza.

Faraday, quando espose la propria relazione, disse che, nei primi anni del suo interesse scientifico,  aveva creduto all'Encyclopedia Britannica come a Mille e una notte, perché per lui contavano i fatti e credeva a qualcosa solo e soltanto se c'era una dimostrazione logica.

Dopo la morte del padre, però, sembrò che Michael dovesse rimanere rilegatore a vita, finchè un giorno conobbe un uomo, di nome Dance Junr, che gli regalò i biglietti per il successivo ciclo di conferenze pubbliche tenute da Davy.

Junr, infatti, era rimasto molto impressionato dagli appunti, scritti da Michael, trovati in un libro della libreria.

COSA SI SAPEVA DI ELETTRICITA' E MAGNETISMO QUANDO MICHAEL INIZIO' LA SUA CARRIERA SCIENTIFICA

Gli antichi veneravano la gravità più di una qualsiasi altra forza. Intorno al 1851, uno scienziato di nome Gilbert, scoprì la forza elettrica e, di conseguenza, che le 2 estremità di un magnete avevano sempre un comportamento diverso fra di loro; per tale motivo nominò le due estremità polo SUD e polo NORD.

Proseguendo gli esperimenti, scoprì poi che la Terra era un magnete e, quindi, spiegò il comportamento della bussola: il polo N della Terra era attratto dal polo S della bussola ed il polo N della bussola era attratto dal polo S della Terra.

Ciò scoraggiò i colleghi di Gilbert, perché ogni possibilità di collegamento tra elettricità, magnetismo e gravità sembrava impossibile.

Nel 1687, Newton scoprì però che la forza gravitazionale operava solo in una direzione; attirava sempre i corpi e non li respingeva mai.

Nel 1785, poi, Coloumb scoprì che se la distanza tra 2 magneti raddoppiava la forza diminuiva di 4 volte.

Ancora, nel 1745, un fisico olandese di nome P. van Mosschenbroek inventò una bottiglia capace di contenere una grande quantità di energia, in seguito chiamata "bottiglia di Leida" questo fu il primo prototipo della pila moderna; e portò più tardi alla scoperta della scintilla elettrica.

Nel 1770, l'anatomista italiano Galvani credeva che esistesse un'elettricità animale, perché toccando in due punti distinti i muscoli di una rana, con due metalli diversi, i muscoli si contraevano.

Più tardi, un fisico italiano di nome Volta, intuì che l'elettricità proveniva dalla reazione chimica fra i due metalli e che i tessuti della rana funzionavano da elettrolita.

Il fenomeno dell'elettricità era, però, ancora confuso e non ben compreso.

Volta, continuando i suoi esperimenti, sovrappose un disco di cartone imbevuto, uno di zinco ed uno di rame, inventando così la "pila a colonna"; più avanti, realizzò la versione orizzontale di questa.

Nicholson e Carlisle, infine, scoprirono che l'acqua si poteva chimicamente scomporre tramite la corrente elettrica: il fenomeno fu chiamato ELETTROLISI.

Da questo momento in poi , la scienza prese sul serio il fenomeno dell'elettricità.

LA CARRIERA SCIENTIFICA E LE SCOPERTE DI MICHAEL

Dopo molta attesa, Michael, riuscì a seguire un ciclo di conferenze tenute da uno dei più grandi filosofi naturali dell'epoca: Humprhy Davy. Queste erano svolte dove lo scienziato lavorava, ovvero al Royal Institution di Londra.

Faraday rimase scioccato, e pensò che, per attirare l'attenzione del filosofo, avrebbe potuto raccogliere e sistemare gli appunti presi alle conferenze per poi consegnarglieli. Davy, però, partì prima di poterli ricevere.

Michael, così, decide di inviare una lettera al presidente della Royal Society, che però non gli rispose.

Quando tornò Davy, il giovane gli spedì finalmente una lettera con i suoi appunti. Il filosofo gli rispose e, più tardi, riuscirono ad incontrarsi. Subito Michael  non ottenne alcun posto di lavoro al Royal Institution, ma, più tardi, Davy gli offrì di diventare come suo assistente.

Faraday era entusiasta del proprio lavoro, anche se, durante i primi viaggi con Davy, la moglie di questi si divertiva a mortificarlo.

Un altro problema fu quello di farsi accettare dagli aristocratici, perché lui era solo un rilegatore.

In uno dei viaggi, Michael incontrò anche Volta ed Ampere.

L'esperienza acquisì, ora, il completamento della public school e qualche anno di istruzione non obbligatoria a Oxford o a Cambrige, gli consentirono poi di ambire ad un posto nel mondo scientifico.

Davy, infatti, lo promosse sovrintendente dell'apparato, assistente di laboratorio ed alla collezione dei minerali.

Nel 1816, Michael pubblicò una relazione su una rivista scientifica fiorentina, smettendo così di essere solo il protetto di Davy.Anzi, i suoi progressi furono tali che alla Royal Society qualcuno iniziò a definirlo l'erede di Davy.

Faraday era uno scettico, non credeva a niente se non lo poteva verificare scientificamente; questo fu uno dei motivi per i quali era stato accettato alla Royal Society e non aveva più rischiato di ritornare alla sua vecchia occupazione.

Il sogno del giovane londinese era: ESSERE IL PRIMO AL MONDO A CHIARIRE E DEFINIRE, ELIMINANDO FALSE IPOTESI E TESI, IL FENOMENO DELL'ELETTRICITA'.

Purtroppo non era l'unico ad avere questa ambizione e c'era un fisico danese, Hans Oersted, che aveva scoperto che la corrente elettrica provocava un leggero spostamento dell'ago di una  bussola.

Dopo qualche mese, in Francia, Ampere ed Arago, scoprirono che la corrente elettrica, assumendo una forza a spirale, si comportava come un magnete, attraendo a sé della limatura di ferro (elettromagnete).

Sempre in Francia, Charles-August Coloumb, scoprì che le due forze erano identiche; un ricercatore tedesco, Otto von Guericke, invece, trovò che le due forze respingevano alcuni corpi e ne attraevano altri.   

Queste scoperte fecero pensare ad un'intercambiabilità tra elettricità e magnetismo.

Faraday, nel frattempo si sposò con Sarah Bernard e lasciò perdere il suo lavoro per qualche tempo.

Il novello sposino, ritornato al lavoro, indagò però sull'esperimento di Oersted, del quale voleva sapere di più.

Il suo intuito lo portò così alla conferma d'una teoria sul vortice magnetico: come una calda corrente ascensionale d'aria a volte sfocia in una tromba d'aria, così una corrente ascensionale di elettricità potrebbe forse produrre mulinelli di magnetismo, provocando la leggera rotazione dell'ago di una bussola. Giunse così alla sensazionale scoperta del motore elettrico e della sua costruzione.

Nell'ottobre del 1821 il Quarterly Journal of Science pubblicò la scoperta di Faraday e questa fu tradotta in decine e decine di lingue.

Tutti alla Royal apprezzavano e elogiavano il trentenne Michael, tranne il suo ex-maestro Davy, che negli ultimi mesi l'aveva visto con un occhio di gelosia.

Alla Royal Society, correva voce che Faraday avrebbe plagiato l'idea di Wollaston di costruire un motore elettrico, ma tutto si risolse, anche se con qualche insidia.

Due anni più tardi, quando Michael scoprì il metodo per liquefare il cloro, Davy, nelle vesti di maestro di Faraday e di Direttore della Royal Society, revisionò gli appunti del suo allievo prima di dargli la possibilità di pubblicarlo, ma Sir Humphry esagerò e fece sembrare che lo spunto per la scoperta fosse stato suo, ma Faraday, onde evitare uno "scandalo Wollaston" dovette accettare a capo chino.

Due mesi dopo, Faraday si candidò per diventare membro della Royal Societ; l'antagonista del giovane scienziato fu proprio Davy, che si fece in quattro per convincere la gente del fatto che Faraday non era all'altezza. Egli, tuttavia, fu ammesso con un solo voto contro la sua ammissione.

Ciò nonostante, Michael continuava ad ammirare Davy come chimico.

L'anno seguente, nel 1825, Faraday fu promosso direttore del Royal Institution. In 12 anni egli aveva coronato il suo sogno, da semplice assistente di laboratorio era diventato il Signore del Royal.

Invece di montarsi la testa e vantarsi del suo titolo, lo scienziato lavorò ancora più assiduamente di prima; un problema lo affliggeva: se l'elettricità è in grado di produrre il magnetismo, perché non può succedere il contrario?

La risposta la trovò nel 1831 e sintetizzò la sua storica scoperta in un enunciato:

Ogni volta che una forza magnetica aumenta o diminuisce, produce elettricità;

quanto più veloce è il suo aumento o la sua diminuzione, tanto maggiore è l'elettricità prodotta.

Tutti ammirarono la scoperta di Faraday, ma si stupirono del fatto che lui non la espresse il termini matematici, perché la lingua della scienza era diventata la matematica.

In questo campo, Faraday era piuttosto impreparato, anzi, quasi ignorante.

Dopo ben trent'anni (1863) uno scozzese di nome James Clerk Maxwell tradusse le semplici parole di Faraday in un'equazione matematica.

Con B indicò il magnetismo e con E l'elettricità, con - t sostituì " la percentuale di aumento o diminuzione di . " e Ñx al posto di " la quantità di . "; quindi l'equazione di Faraday fu trasformata in

Ñx E=- B/ t

Questo voleva dire che la quantità di elettricità prodotta dal magnetismo equivaleva alla percentuale di aumento o di diminuzione della forza che la generava.

La scienza, battezzò quindi le forze con un unico nome: elettromagnetismo.

Fu una scoperta che cambiò completamente il punto di vista del mondo e del cosmo, che si presentarono mille volte più complicati di quanto sembrassero prima.

Questa scoperta coincise con la fine della rivoluzione industriale e con l'inizio dell'era dell'elettricità.

Si può dire, ora, che questa scoperta sia la base dell'economia mondiale di oggi.