Vita di un genio: Dal «De Vi Attractiva» all’invenzione della pila Lunedì 30 Novembre 2015, Pavia.

Presentazione sul tema: "Vita di un genio: Dal «De Vi Attractiva» all’invenzione della pila Lunedì 30 Novembre 2015, Pavia."— Transcript della presentazione:

1 Vita di un genio: Dal «De Vi Attractiva» all’invenzione della pila Lunedì 30 Novembre 2015, Pavia

2 Il retroterra culturale Ai tempi di Volta la disciplina della fisica aveva subito profonde trasformazioni. Dalla pura fisica speculativa dei greci, durante la rivoluzione scientifica acquisì un’importanza fondamentale l’esperimento. A questo processo contribuì in modo determinante lo sviluppo delle arti pratiche. Durante il Settecento si affermò l’esigenza di distinguere:  Fisica particolare  Fisica generale Nell’ambito della fisica generale si delinearono due posizioni antagoniste alle quali tutti gli uomini di scienza del tempo avrebbero ricondotto, in ultima analisi, le loro teorie. Isaac NewtonRené Descartes

3 Il retroterra culturale Per comprendere Volta è importante comprendere i più importanti passi in avanti compiuti dalla fisica nel Settecento:  Andreas Cunaeus si imbatté in un fenomeno che catalizzò l’attenzione del mondo scientifico per i decenni successivi, nella cui spiegazione si cimentarono tutti i maggiori fisici: la bottiglia di Leida  Franz Aepinus avanzò una spiegazione dei fenomeni elettrici appellandosi a una teoria analoga a quella della gravitazione universale di Newton  Ruggero Boscovich postulò una nuova teoria della materia i cui principi erano l’esistenza di punti materiali inestesi perfettamente identici tra loro e di un’unica legge di forza tra una generica coppia di tali punti  Benjamin Franklin elaborò la teoria «pneumatico-attrattiva» in cui estese alla sostanza elettrica il modello pneumatico e postulò l’esistenza di forze sia attrattive che repulsive

4 Volta e Pavia Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta nacque a Como il 18 Febbraio 1745. Nel 1778 viene nominato docente di fisica sperimentale all’Università di Pavia. Nel 1785 gli studenti dell’ateneo, secondo la prassi allora in uso, lo eleggono Rettore. A Pavia entra in contatto con un mondo scientifico allora dinamico e all’avanguardia, in un’università in cui le scienze si esprimevano con «un suon che, attenta, Europa ascolta» (Mascheroni). Presso l’ateneo pavese faceva la conoscenza di personalità preminenti del mondo scientifico: conosceva Lazzaro Spallanzani, Ruggero Boscovich e intratteneva fitti scambi epistolari con padre Giambattista Beccaria e Luigi Galvani. Statua di Alessandro Volta all’università di Pavia «Invito a Lesbia Cidonia» di Mascheroni

5 La «prima maniera» e il De Vi Attractiva Nel 1769 Volta pubblicava la sua prima opera scientifica, il De vi attractiva ignis electrici ac phaenomenis inde pendentibus, dedicandola polemicamente a Giambattista Beccaria. In quest’opera egli contrapponeva alle teorie espresse da questi un modello interpretativo dei fenomeni elettrici basato sull’esistenza di una forza attrattiva. Egli optava per una fisica non meccanica, contrariamente a quanto facevano Beccaria e Jean Antoine Nollet (elettrologo francese). Volta poneva alla base della sua teoria l’elasticità pneumatica della sostanza elettrica. Introduceva inoltre, in analogia con quanto detto da Boscovich, il concetto di saturazione per designare lo stato di equilibrio tra gli sforzi elastici del fuoco elettrico contenuto in un corpo e le forze attrattive opposte dal corpo stesso contro la dispersione del suo fuoco nello spazio.

6 Il «De Vi Attractiva» Per quanto riguarda i moti elettrici, Volta dava ancora spiegazioni molto vaghe. Volta offriva una personale spiegazione circa il funzionamento della Bottiglia di Leida basata su un’originale rappresentazione magnetica dei fenomeni implicati. Egli a modo suo spiegava, con circa un secolo di anticipo sull’elettrostatica moderna, ciò che noi oggi definiremmo «induzione elettrostatica». Volta rifiutava vigorosamente la teoria dell’elettricità vindice propugnata da Beccaria. Forniva infine una nuova spiegazione dei fenomeni di triboelettricità (elettrizzazione per strofinio).

7 Il Volta della «seconda maniera» Lazzaro Spallanzani, ai tempi insegnante presso l’ateneo pavese, stimolò Volta a dare al suo metodo di ricerca una maggiore componente empirica. Ciò diede risultati molto importanti: Volta realizzò alcuni importanti strumenti che avrebbero accresciuto la sua fama e lo avrebbero aiutato in seguito.  L’elettroforo  Il condensatore  La bilancia elettrostatica

8 Il dibattito sull’elettricità animale Nelle questioni 23 e 24 dell’Opticks, Newton affrontava il moto muscolare e le sensazioni. Egli associava le sensazioni e le contrazioni muscolari a segnali vibratori viaggianti in direzione rispettivamente centripeta e centrifuga al cervello. MA: Non definiva la sostanza vibrante. Associava al cervello un «potere della volontà». Nella contrazione muscolare, relativamente al meccanismo di azione del fluido nervoso prevalse un modello ad azione diretta. Si affermarono due modelli:  Vibratorio  Fluidodinamico Albrecht Von Haller fu il primo, attorno alla metà del Settecento, ad affermare un modello ad azione indiretta fu il fisiologo svizzero. Haller inoltre osservò che una scarica elettrica poteva ancora dare origine a contrazioni muscolari senza altri agenti. Questo fu un forte indizio a favore della natura elettrica del fluido nervoso.

9 Il dibattito sull’elettricità animale La «medicina elettrica» vantava una notevole tradizione a Bologna, dove Luigi Galvani operava. Di Galvani ci è giunto integralmente il suo Giornale che documenta gli studi svolti tra il 1780 e il 1787. Questi esperimenti gli fornirono abbondante materiale per il De viribus electricitati in motu muscolari commentarius. Questa memoria, datata 1791, mise a soqquadro il mondo scientifico con l’ipotesi di un’elettricità animale responsabile direttamente della contrazione muscolare. Gli studi sui pesci elettrici di John Walsh, John Hunter ed Henry Cavendish contribuirono a orientare Galvani in questa direzione.

10 Il dibattito sull’elettricità animale Nella prima delle quattro parti del De Viribus Galvani descrive il primo esperimento. «non appena uno dei miei aiutanti; per caso, toccò con la punta di un bisturi, pur lievemente, i nervi interni crurali DD della rana, subito si videro tutti i muscoli degli arti contrarsi in tal modo, da sembrar caduti in convulsioni violente. Un altro di coloro che ci assistevano in questi esperimenti elettrici ebbe l’impressione che il fenomeno avvenisse nel momento in cui dal conduttore della macchina scoccava la scintilla.» Dal primo esperimento egli derivava che:  Le rane si contraevano sotto l’azione di uno stimolo di natura elettrica  Questo stimolo non era dovuto ad effluvi di materia elettrica Il primo esperimento non fu decisivo per far propendere Galvani verso l’ipotesi di un’elettricità animale. Nella seconda parte dell’opera egli sostituiva le scintille artificiali della macchina con quelle naturali dell’«elettricità atmosferica procellosa».

11 Il dibattito sull’elettricità animale Nella terza parte dell’opera Galvani discuteva il secondo esperimento, volto a verificare se anche l’«elettricità atmosferica placida» avesse gli stessi effetti sul moto muscolare. «…si manifestò a malapena qualche movimento. Infine, stanco dell’inutile attesa, cominciai ad avvicinare e a far toccare alle ringhiere di ferro gli uncini di rame infissi nel midollo spinale, …e realmente notai spesso delle contrazioni, ma senza alcun riferimento al diverso stato dell’atmosfera e dell’elettricità.» Per verificare l’indipendenza delle contrazioni dall’elettricità atmosferica, Galvani ripeté l’esperimento al chiuso, con un arco di ferro facenti le veci della ringhiera. Galvani poteva ora attribuire la contrazione muscolare a un’elettricità animale intrinseca, scaricata tra il nervo e i muscoli attraverso l’arco conduttore. Galvani sviluppava un’analogia con la bottiglia di Leida; inoltre, pur notando che l’utilizzo di archi bimetallici comportava reazioni più apprezzabili nelle rane, non poneva questo aspetto al centro della propria impostazione teorica. Nella quarta parte egli si dedicava alla derivazione di «congetture e corollari».

12 Il dibattito sull’elettricità animale Volta si mostrava scettico rispetto alle affermazioni di Galvani. Egli in generale mette in luce la consapevolezza acquisita dell’importanza dell’esperimento: un tratto tipico della sua «seconda maniera». In una memoria del 14 Maggio 1792 Volta prendeva le distanze da Galvani mettendo in luce l’incongruenza tra la scarica di presunta elettricità animale e il vigore delle contrazioni muscolari indotte. «Oh! Se sempre si riducessero le cose al loro giusto valore, quanti effetti si cesserebbe di attribuirli a delle cause inadeguate, e richiamandoli a nuovo esame potrebbero venir meglio spiegati con altri principj.»

13 Il dibattito sull’elettricità animale Volta focalizza la sua ricerca sulla maggiore efficacia degli archi scaricatori bimetallici rispetto a quelli monometallici. «In somma è la diversità dei metalli che fa.» Volta dimostrava che le contrazioni muscolari potevano verificarsi anche con la sola stimolazione elettrica dei nervi. Egli metteva in dubbio l’analogia galvaniana tra i muscoli della rana e la bottiglia di Leida. Avendo escluso i muscoli dal circuito elettrico, Volta derivava che il fluido elettrico non potesse essere il diretto responsabile della contrazione e riprendeva il modello di Haller. Risolveva così la discrepanza tra debolezza degli stimoli elettrici e l’intensità delle contrazioni. Elettricità Azione nervosa Irritabilità muscolare Contrazione

14 Il dibattito sull’elettricità animale Volta non aveva ancora escluso l’esistenza dell’elettricità animale. In Giugno ritornava sulla questione degli archi bimetallici e risolveva il problema attribuendo ai metalli costituenti la capacità di mettere in moto il fluido elettrico mediante una facoltà attiva propria. «Vogliono considerarsi non più come semplici conduttori, ma come veri motori di elettricità, per ciò che col loro solo contatto e applicazione più o meno estesa ad altri men perfetti conduttori vengono a rompere l’equilibrio del fluido elettrico e, togliendolo dal riposo, ed inazione in cui era, ne lo smuovono e portano in giro.» Nell’estate dello stesso anno Volta attribuiva un potere elettromotore estrinseco a tutti i contatti tra corpi conduttori e non solo a quelli tra metalli e conduttori imperfetti. «Tengo debba stabilirsi per legge generale, che il semplice contatto o combaciamento di conduttori di diversa superficie, e di qualità soprattutto diversa basta a turbare in qualche modo l’equilibrio del fluido elettrico.» L’ipotesi dell’elettromozione generalizzata sarà il presupposto necessario per l’invenzione della pila.

15 Il dibattito sull’elettricità animale Volta venne insignito dalla London Royal Society della medaglia Copley nel 1794. Eusebio Valli sostenne le ipotesi di Galvani e nel 1793 pubblicò gli Experiments on Animal Electricity. Nel 1794 anche Galvani e suo nipote Giovanni Aldini (in figura) scendevano in campo. Luigi Galvani eseguì un terzo esperimento, nel quale otteneva le contrazioni nella rana con un arco costituito dai suoi soli tessuti. Egli portava i nervi crurali a toccare la parte esterna della coscia e, così facendo, otteneva contrazioni in entrambe le gambe. Volta intanto, nel Febbraio 1794, rispondeva alle obiezioni relative alle contrazioni ottenute con archi monometallici. In tono di sfida invitava a creare un arco perfettamente monometallico. Aldini nell’estate del 1794 si cimentava in questa sfida.

16 Il dibattito sull’elettricità animale Volta rispondeva alle obiezione mosse da Galvani, Aldini e Valli. Nel 1795 Volta ormai divideva i conduttori in due classi:  I conduttori secchi (o di prima classe: A,Z)  I conduttori umidi (o di seconda classe: p,r) e postulava che l’equilibrio del fluido elettrico potesse sbilanciarsi al contatto tra un corpo secco e uno umido o tra due corpi umidi. L’azione elettromotrice era il risultato della spinta del conduttore secco su quello umido o di quello umido sull’altro. Nel 1796 Volta finalmente estendeva l’elettromozione anche ai contatti tra conduttori di prima classe. Per evidenziare l’elettromozione tra due conduttori di prima classe egli si servì di un duplicatore a mulinello.

17 La pila L’elettromozione metallica non venne riconosciuta dai sostenitori dell’elettricità animale, questo portò Volta a una controffensiva che prese forma nella pila. Da più parti si invocò la torpedine come prova tangibile dell’esistenza di un’elettricità animale. Volta scrisse due lettere molto risentite ad Aldini, con lo pseudonimo di «Cittadino N.N. di Como». Volta scrisse il 20 Marzo 1800 una lettera a Sir Joseph Banks in cui affermava di aver costruito un «organo elettrico artificiale» che riproducesse la torpedine. Volta fu probabilmente influenzato da una lettera del 1797 di Nicholson in cui paragonava il funzionamento dell’organo elettrico della torpedine a una serie di elettrofori sovrapposti operanti all’unisono.

18 La pila La pila era costituita da dischi metallici sovrapposti in coppie bimetalliche, intervallate da dischi di cartone imbevuti d’acqua, acqua salata o «altro umore che sia un conduttore migliore dell’acqua semplice». L’dea di interporre tra le coppie di dischi metallici un conduttore di seconda classe va cercata nelle valutazioni quantitative che Volta aveva condotto sulle elettrizzazioni di contatto tra conduttori secchi e umidi. Gli strati umidi avevano la funzione di conduttori in grado di trasportare quasi senza diminuzione la tensione elettrica generata da un contatto bimetallico verso quello successivo. Dopo l’invenzione della pila si nota un vistoso calo dell’impegno scientifico di Volta. Riguardo alla pila, scrive: «Vediamo insomma, e ne ho la più grande compiacenza, che da tutte le parti i Fisici e i Chimici se ne occupano a gara.» Volta presentò nel 1801 la pila all’Institut Nacional des Sciences et Arts di Parigi davanti a Napoleone, che, ammirato, dispose la riapertura dell’Università di Pavia, chiusa dagli austriaci. Rappresentazione schematica del funzionamento dei tre elementi che costituiscono la pila

19 Materiali utilizzati Gran parte del materiale utilizzato per la presentazione deriva da: «Volta Alessandro: teorie ed esperimenti di un filosofo naturale» di Lucio Fregonese Monografia n° 11 - supplemento a Le Scienze n° 375 / novembre 1999 Per le immagini: en.wikipedia.org [Albrecht Von Haller, Giovanni Aldini, René Descartes] geni.com [Andreas Cunaeus] it.wikipedia.org [Benjamin Franklin, Isaac Newton, Luigi Galvani] brera.inaf.it [Ruggero Boscovich] ppp.unipv.it [primo, secondo, terzo esperimento di Galvani + altre immagini]