L'Elettricità

Classe di fenomeni fisici riconducibili all'esistenza e all'interazione reciproca di cariche elettriche.

A seconda che le cariche siano ferme o in moto, si parla più propriamente di elettrostatica o di elettrodinamica; nel primo caso, si ha a che fare con fenomeni puramente elettrici, nel secondo, con fenomeni elettromagnetici, che cioè presentano una componente elettrica e una magnetica.

Tutti i fenomeni elettrici si spiegano in base al fatto che la materia è costituita da particelle cariche: gli atomi, infatti, che di per sé sono elettricamente neutri, sono comunque composti da particelle dotate di carica elettrica: i protoni, positivi, localizzati nel nucleo insieme ai neutroni (neutri), e gli elettroni, negativi, in orbita intorno a essi.

Normalmente, ogni atomo contiene un numero uguale di protoni e di elettroni; ogniqualvolta viene meno questo equilibrio, si manifestano i fenomeni elettrici.

Notizie storiche

La proprietà dell'ambra strofinata di attirare oggetti leggeri era probabilmente già nota al filosofo greco Talete di Mileto, intorno al 600 a.C.

Anche negli scritti di Teofrasto, che risalgono a tre secoli dopo, vengono citati materiali che godono della stessa proprietà. Il primo studio scientifico dei fenomeni elettrici e magnetici, tuttavia, apparve solo nel 1600, e si deve al fisico inglese William Gilbert.

Chiarita la distinzione tra elettricità e magnetismo, questi chiamò elettrica (dal greco élektron, "ambra") la forza che si esercita tra cariche.

La prima macchina capace di produrre cariche elettriche fu descritta nel 1672 dal fisico tedesco Otto von Guericke.

Si trattava di una sfera di zolfo, messa in rotazione per mezzo di una manovella, che si elettrizzava quando veniva toccata con la mano. Lo scienziato francese Charles-François de Cisternay du Fay fu il primo a riconoscere l'esistenza di due tipi diversi di carica elettrica: positiva e negativa. Nel 1745 fu introdotto il primo condensatore, la bottiglia di Leida, un semplice recipiente di vetro ricoperto all'interno e all'esterno da due fogli di carta stagnola.

Benjamin Franklin

Nel 1747, mediante il suo famoso esperimento con l'aquilone, Benjamin Franklin provò che l'elettricità atmosferica, responsabile della formazione dei tuoni e dei fulmini, è della stessa natura della carica elettrostatica di una bottiglia di Leida. Franklin elaborò una teoria secondo cui l'elettricità sarebbe un "fluido" presente in tutta la materia; in questa ipotesi, i due stati di elettrizzazione di un corpo sarebbero dovuti all'eccesso o alla carenza di tale fluido.

La legge di Coulomb

La legge secondo cui la forza esercitata tra cariche elettriche è proporzionale all'inverso del quadrato della loro distanza è attribuita a Charles-Augustin de Coulomb. Prima di questi, tuttavia, la legge era stata formulata dal chimico britannico Joseph Priestley, che nel 1766 aveva determinato sperimentalmente la dipendenza dal quadrato della distanza della forza di interazione tra le cariche. Lo stesso Priestley aveva dimostrato inoltre che una carica elettrica si distribuisce uniformemente sulla superficie di una sfera metallica cava e che, in condizioni di equilibrio, il campo elettrico all'interno di un corpo conduttore è sempre nullo. L’esperimento di Coulomb della bilancia di torsione risale invece al 1777: lo strumento, di sua invenzione, permise allo scienziato francese di stabilire la dipendenza dell’intensità della forza dal prodotto tra le cariche interagenti. Importanti contributi allo studio dell'elettricità vennero inoltre da Michel Faraday, autore della teoria delle linee di forza.

Primi studi sulla corrente elettrica

I primi esperimenti sul comportamento della corrente elettrica vennero eseguiti dagli scienziati italiani Luigi Galvani e Alessandro Volta. Galvani ottenne la contrazione dei muscoli nelle zampe di una rana applicandovi una corrente elettrica e Volta, nel 1800, annunciò l'invenzione della prima pila elettrica. Nel 1819, lo scienziato danese Hans Christian Oersted dimostrò che intorno a un filo percorso da corrente elettrica si crea un campo magnetico; nel 1831 Faraday provò che il flusso di corrente in una bobina può indurre una corrente in una seconda bobina posta in prossimità della prima. Intorno al 1840 James Prescott Joule e Hermann von Helmholtz dimostrarono che i fenomeni elettrici obbediscono alla legge di conservazione dell'energia.

Maxwell e l’elettromagnetismo

Un importante contributo allo studio dell'elettricità fu l'opera del fisico-matematico britannico James Clerk Maxwell, il quale sviluppò la teoria della luce come radiazione elettromagnetica e formulò le leggi fondamentali dell'elettromagnetismo, oggi note come equazioni di Maxwell. La conferma della validità della sua teoria venne dagli esperimenti del fisico tedesco Heinrich Hertz, che nel 1886 riuscì a produrre e a rivelare le onde elettromagnetiche nell'atmosfera, e dell'ingegnere italiano Guglielmo Marconi, il quale nel 1896 utilizzò tali onde per realizzare il primo sistema pratico di comunicazione radio.

Dall’elettricità all’elettronica

La prima misura accurata della carica dell'elettrone, che rappresenta la più piccola quantità di carica osservabile, fu ottenuta nel 1909 dal fisico statunitense Robert Andrews Millikan. Da allora le conoscenze nel campo dell’elettricità si sono arricchite a dismisura, tanto da permettere applicazioni industriali sempre più raffinate: dall’uso dell’elettricità come sorgente di energia, dovuto in gran parte al lavoro di inventori e tecnologi come Thomas Alva Edison e Nikola Tesla, alla realizzazione di dispositivi elettronici microscopici, essenziali allo sviluppo della moderna tecnologia dell’informazione.