Storia delle scoperte delle cariche elettriche
Prof. Daniele Ippolito
Liceo Scientifico “Amedeo di Savoia” di Pistoia
VI secolo a.C.
Talete osserva che l'ambra, strofinata con un panno di lana, è capace di attirare piccoli oggetti come paglia, carta, ecc.
1600
William Gilbert osserva che altre sostanze (diamanti, zolfo, vetro, ceralacca) oltre all'ambra, se strofinate, sono capaci di attirare altri corpi anche di masse consistenti.
Al fenomeno dà il nome di elettricità, dal greco elektron (ambra).
L'elettricità sembra essere di natura solo attrattiva.
1663
Otto Von Guericke scopre che, strofinando a mani nude un frammento di zolfo, esso attira alcuni corpi ma ne respinge altri.
L'elettricità può essere quindi anche di natura repulsiva (come il magnetismo).
Costruisce una sfera di zolfo ed altri minerali che rappresenta la prima macchina elettrostatica.
1729
Stephen Gray classifica i materiali in conduttori e isolanti.
I conduttori (metalli, soluzioni con sali disciolti, ecc.) sono sostanze capaci di trasportare l'elettricità perché le cariche elettriche sono libere di muoversi.
Gli isolanti (vetro, legno, ecc.) sono materiali in cui le cariche elettriche non sono libere di muoversi e quindi non possono condurre l'elettricità.
1730
Charles Dufay distingue due tipi di elettricità:
elettricità vetrosa (+), attribuita ai materiali come il vetro, ed elettricità resinosa (-), propria di sostanze come l'ambra o la ceralacca.
Due corpi elettrizzati con segni concordi si respingono .
Due corpi elettrizzati con segni discordi si attraggono.
vetro vetro
vetro ambra
+ + + + + + + +
+ + + +
+ + + + + + + ++ + + + - - - -
1745
Pieter Van Musschenbroek inventa la bottiglia di Leida, il primo condensatore elettrico.
È possibile ora disporre di una grande quantità di carica elettrica per effettuare esperimenti.
1746
Benjamin Franklin enuncia il principio di conservazione della carica elettrica: in un passaggio tra due corpi la carica elettrica totale non varia.
1750 Franklin interpreta i fulmini come scariche elettriche tra le nuvole e la terra ed inventa il primo parafulmine: i fulmini vengono attirati da punte metalliche e la loro carica elettrica viene scaricata a terra, senza danneggiare la casa.
1753
John Canton scopre l'induzione elettrica: è possibile elettrizzare un metallo inizialmente neutro avvicinando ad esso un corpo carico.
Nella parte più vicina al corpo induttore si presentano cariche di segno opposto ad esso; in quella più lontana abbiamo cariche dello stesso segno.
Allontando l'induttore, il metallo torna ad essere scarico.
1775
Alessandro Volta inventa l'elettroforo: uno strumento che, sfruttando il fenomeno dell'induzione elettrica, consente di produrre una carica permanente nei metalli.
(1) il piano metallico a, munito di manico isolante b, una volta avvicinato al disco di resina c già elettrizzato negativamente per strofinio, si carica per induzione;
(2) la carica negativa sulla superficie superiore di a è dispersa a terra, per es. toccando con un dito;
(3) allontanando il piatto a da c, esso risulta carico positivamente.
1789
Charles Augustin de Coulomb verifica una legge che descrive la forza tra due cariche elettriche.
+
+
q1 e q2 sono le quantità di carica dei due corpi, oggi misurate in coulomb;
r è la loro distanza;
k è una costante che nel vuoto vale k = 9 · 109 N·m2/C2
Metà dell’800
Michael Faraday introduce il concetto di campo elettrico.
Ciascuna carica elettrica è immaginata come la sorgente di un campo di forze che si manifestano su una carica di prova.
L’andamento del campo è
evidenziato dalle linee di forza: sono curve rispetto alle quali il campo
elettrico è tangente in ogni punto.
Il verso delle linee di forza
rappresenta il verso del campo elettrico.
1897
John Joseph Thomson scopre l'elettrone:
nell'atomo sono presenti cariche elettriche negative localizzate.
Propone un modello atomico
“a panettone”: gli elettroni sono immaginati come particelle negative immerse in una materia positiva uniforme.
1911
Ernest Rutherford scopre il nucleo: l'atomo è costituito da un componente centrale positivo, circondato da una sfera molto più grande, dove ruotano gli elettroni.
Propone un modello atomico
“planetario”: gli elettroni ruotano attorno al nucleo come i pianeti ruotano attorno al sole.
+ -
- -
- -
1911
Robert Andrews Millikan scopre che la carica elettrica è quantizzata: gli elettroni hanno tutti la stessa carica.
qe = - e = - 1,602 · 10-19 C
Tutti i fenomeni osservati in precedenza (elettrizzazione per strofinio, per contatto, induzione elettrica) vanno allora interpretati come un passaggio di elettroni da un
corpo all'altro.
Il corpo che acquista elettroni ha un eccesso di carica negativa.
Il corpo che cede elettroni ha un eccesso di carica positiva.
La quantità di carica, positiva o negativa, è sempre un multiplo della carica dell'elettrone.
Convenzionalmente si attribuisce carica positiva a quella dei protoni ma i portatori di carica (gli elettroni) sono
negativi.
