Elettrostatica e Legge di Coulomb: i principi fondamentali della forza elettrostatica
Fin dagli antichi tempi, l’uomo ha avuto un’intuizione dell’elettricità, anche se non ne comprendeva appieno il funzionamento. Il filosofo greco Talete di Mileto, uno dei mitici Sette Saggi, potrebbe essere stato il primo a studiare l’elettricità intorno al 600 a.C. Utilizzando l’ambra, resina fossile degli alberi, strofinata con la pelliccia, riuscì ad attrarre polvere, piume e altri oggetti leggeri. Questi furono i primi esperimenti di elettrostatica, lo studio delle cariche elettriche stazionarie o dell’elettricità statica. In effetti, la parola “elettricità” deriva dal greco “elektron”, che significa ambra.
Gli esperimenti non sarebbero continuati fino al XVII secolo, quando William Gilbert, un medico inglese e appassionato scienziato, iniziò a studiare il magnetismo e l’elettricità statica. Ripeté le ricerche di Talete di Mileto, strofinando gli oggetti insieme e caricandoli per attrito. Quando un oggetto attirava o respingeva l’altro, coniò il termine “elettrico” per descrivere le forze in gioco. Affermò che queste forze si sviluppavano perché l’azione dello strofinio rimuoveva un fluido, o “umore”, da uno degli oggetti, lasciando un “effluvio”, o atmosfera, intorno ad esso.
Questo concetto, secondo cui l’elettricità esisteva come un fluido, persistette fino al 1700. Nel 1729, lo scienziato inglese Stephen Gray osservò che certi materiali, come la seta, non conducevano l’elettricità. La sua spiegazione era che il misterioso fluido descritto da Gilbert poteva viaggiare attraverso gli oggetti o essere impedito dal viaggiare. Gli scienziati costruirono persino dei vasi per contenere questo fluido e studiarne gli effetti. Gli artigiani olandesi Ewald von Kleist e Pieter van Musschenbroek crearono quello che oggi è chiamato vaso di Leyden, un vaso di vetro contenente acqua e un chiodo che poteva conservare una carica elettrica. La prima volta che Musschenbroek utilizzò il vaso, ricevette una potente scossa.
Verso la fine del 1700, la comunità scientifica iniziò a ottenere un quadro più chiaro del funzionamento dell’elettricità. Benjamin Franklin condusse il suo famoso esperimento con l’aquilone nel 1752, dimostrando che i fulmini avevano natura elettrica. Presentò anche l’idea che l’elettricità avesse elementi positivi e negativi e che il flusso fosse da positivo a negativo. Circa 30 anni dopo, un altro scienziato, il francese Charles Augustin de Coulomb, condusse diversi esperimenti per determinare le variabili che influenzavano una forza elettrica. Il suo lavoro portò alla legge di Coulomb, che afferma che le cariche simili si respingono e cariche opposte si attraggono, con una forza proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.
La legge di Coulomb ha reso possibile calcolare la forza elettrostatica tra due oggetti carichi, ma non ha rivelato la natura fondamentale di quelle cariche. Come vedremo nella prossima sezione, gli scienziati sono stati in grado di rispondere a quella domanda nel 1800. Eh sì, L’elettricità è una forza misteriosa, che ha affascinato l’uomo fin dai tempi antichi!