Faraday, Michael

 

 

 

(Newington, Surrey 22.9.1791 - Hampton Court, Londra 25.8.1867) Fisico e chimico inglese. Figlio di un fabbro, a 14 anni entra come apprendista rilegatore dal libraio Riebau con negozio al n. 2 di Blandford Street, vicino a Baker Street, Londra. Qui nascerà l’amore del giovane per la lettura, e la passione per la scienza, grazie anche allo studio della voce "Electricity" dell’Encyclopaedia Britannica, e del volume di Chimica di Marcet. La frequentazione settimanale di corsi divulgativi scientifici incrementò il suo interesse, così come la partecipazione alle lezioni e dimostrazioni sperimentali tenute presso la Royal Institution (= B. Thompson).

Fu proprio l’interesse culturale sollevato da = H. Davy nelle sue lezioni alla Royal Institution che spinse Faraday a redigere degli appunti di queste in perfetto stile calligrafico e a rilegarle per farne dono al già famoso chimico inglese, che nel 1807 aveva scoperto e prodotto, per elettrolisi, il sodio e il potassio. Nell’occasione pare che Faraday chiedesse di essere assunto presso la Royal Institution. Sembra che Davy, inizialmente, gli abbia consigliato di continuare la sua attività come rilegatore. Nel 1813, tuttavia, in seguito agli effetti di un esperimento di chimica che lo avevano temporaneamente accecato, Davy accettò di assumere Faraday con umili mansioni, per verificarne il reale interesse. Faraday accettò. Nel giro di poco tempo conquistò la stima e la fiducia di Davy, che lo volle con sé in un lungo viaggio (durò circa 1 anno e mezzo) attraverso l’Europa sconvolta dalle guerre napoleoniche, in cui Davy, al culmine della sua fama, incontrò i più grandi scienziati del tempo, visitando i loro laboratori e apprendendo i temi delle loro ricerche. Fu un’esperienza culturale fondamentale per Faraday Così pure deve essere stata importante la fiducia scientifica che Faraday nutriva per il suo "pigmalione". Davy, infatti, era uno dei pochi scienziati del tempo che non credeva nell’idea dei fluidi elettrici, né nella natura "australe" e "boreale" del magnetismo. Al contrario, egli era profondamente convinto dell’intima unitarietà di tutte le forze della natura, sulla base di una concezione strutturale di fondo della natura intesa come costituita di atomi interagenti tra loro. Tuttavia, Davy non condivideva e dubitava dell’idea di = J. Dalton sugli atomi. Queste concezioni atomistiche elementari della natura e delle sue forze avevano avuto in = R.G. Boscovich il grande teorico, con l’idea degli atomi-punto e dei "gusci" alternativamente attrattivi o repulsivi che li circondavano. Naturalmente, l’autodidatta Faraday non era in grado di comprendere appieno le sofisticate teorie matematiche di Boscovich, ma l’idea dell’unitarietà di tutte le forze della natura divenne per lui un credo scientifico fondamentale, accentuato anche da un’analoga concezione sostenuta dai sandemanisti, la cui fede religiosa Faraday condivise sempre.

Nel 1820 si ebbero i primi tangibili segni dei progressi compiuti da Faraday in quegli anni. Egli riuscì a realizzare la sintesi chimica dei primi clorocarboni (C2Cl4 e C2Cl6) mediante sostituzione dell’idrogeno dell’etilene (C2H4) con cloro. Fu una prima reazione di sostituzione, poi sfruttata da = C.F. Gerhard e = A. Laurent per lanciare una sfida alla teoria dualista di = J.J. Berzelius. Nel 1823 Faraday riuscì a liquefare il cloro (primo esempio di liquefazione di un gas) e poi altri gas mediante l’effetto congiunto della pressione e del raffreddamento. Nel 1825 scoprì, nel condensato del gas illuminante, il benzene. Dal 1820 la sua fama come chimico era comunque consolidata, tanto da essere consultato come esperto per perizie in tribunale.

In quell’anno era avvenuto però un fatto che, con il tempo, doveva segnare un ulteriore approfondimento di interessi scientifici in Faraday, la scoperta dell’effetto magnetico della corrente da parte di = H.C. Oersted. Un avvenimento che sconvolse tutta l’Europa scientifica del tempo. Faraday iniziò a riempire il suo diario di laboratorio, che compilò scrupolosamente per anni, con appunti di esperienze che sempre più spesso avevano a che fare con la fisica. Il suo ruolo nella Royal Institution nel frattempo cresceva. Dal 1826 a lui spettò il compito di intrattenere il pubblico di generici curiosi, o interessati alla cultura scientifica, durante i venerdì pomeriggio, così come divennero tradizione consolidata le Christmas Lectures presso la Royal Institution. Dopo numerosi, ma sostanzialmente infruttuosi, esperimenti di elettricità, il 29.8.1831 Faraday riuscì nell’intento che da tempo cullava, quello di trovare evidenza – in accordo alle sue concezioni unitarie della natura – dell’effetto di reciprocità rispetto all’esperimento di Oersted. Questi aveva scoperto che una corrente elettrica produce un effetto magnetico, Faraday riuscì a scoprire come una variazione di campo magnetico possa produrre simmetricamente correnti elettriche.

Dopo tutta una serie dettagliata di esperimenti descritti, come sempre, nel suo Diary e nelle Researches, Faraday il 29.8.1831 presenta il suo primo esperimento, in cui scopre l’effetto dell’induzione elettromagnetica. Il dispositivo è costituito da un anello di ferro dolce. Su una metà dell’anello (A) avvolse molte spire di filo di rame, separando le bobine (3) dell’avvolgimento con spago e tela; in questo modo le bobine potevano essere collegate come un unico pezzo di filo, o come parti separate. Sull’altra metà dell’anello (B), distanziata da un intervallo, avvolse filo in due bobine che collegò assieme unendo le estremità a un filo di rame che passava a una certa distanza e proprio sopra un ago magnetico. Collegati i capi di uno degli avvolgimenti della prima metà dell’anello con una batteria, si ebbe un sensibile effetto sull’ago magnetico. Questo oscillava e poi ritornava alla posizione primitiva. Alla variazione della corrente corrisponde una variazione dell’effetto magnetico sul nucleo di ferro dolce, che diviene un magnete temporaneo provocando, variando d’intensità, una corrente nella parte B del circuito, che genera un effetto magnetico responsabile della deviazione dell’ago magnetico. Un secondo esperimento del 17.10.1831 ribadisce l’interpretazione. Al variare nel tempo del flusso magnetico concatenato con il circuito si ha corrente elettrica. Molti avevano cercato questo effetto, incluso Faraday, ma in condizioni statiche: l’aver compreso che l’effetto era dinamico consentì a Faraday di arrivare alla sua legge dell’induzione elettromagnetica.

Davy purtroppo non ebbe la soddisfazione di vedere questo trionfo scientifico di colui che fu considerato, con una certa acredine verso di lui, la sua "scoperta" maggiore. Era scomparso nel 1829. D’altra parte aveva già avuto buoni motivi per essere soddisfatto di aver dato fiducia al giovane Michael. A onor del vero anche il fisico statunitense = J. Henry era arrivato contemporaneamente, anzi un po’ prima, alle stesse dimostrazioni. Ma tra Faraday e Henry, entrambi convinti sostenitori delle idee umanitarie e della concezione che la scienza sia patrimonio di tutti (come tali non chiesero mai brevetti per le loro scoperte), non sorsero mai polemiche. Più interessante è, anche se difficile da far comprendere in poche parole, descrivere la concezione culturale che stava alla base di questa e di altre successive numerose e importanti scoperte di Faraday Certamente la sua fiducia nell’unitarietà dei fenomeni naturali, e quindi della loro interscambiabilità, reciprocità e simmetria, può essere posta alla base delle sue scoperte. Più tecnicamente, questa concezione si fondava su una interpretazione atomistica della natura, in cui, cioè, tutti i fenomeni dovevano avere un’origine sostanzialmente identica, derivando da ciò che avveniva negli atomi, e tra le forze che agivano tra di loro. Nel celebre esperimento dell’anello, infatti, Faraday pensava, in un certo senso, che le vibrazioni atomiche (electrical strain, stato elettrotonico) prodotte dalla batteria sul primo solenoide, cioè sull’avvolgimento del primario, venissero concentrate dal nucleo di ferro e quindi trasmesse all’avvolgimento secondario, in cui si manifestavano mediante produzione di corrente. La scoperta dell’induzione elettromagnetica passò in un certo senso attraverso queste concezioni, che furono particolarmente produttive anche per altri studi, a cui Faraday si dedicò poco dopo. Alla base di esse, in ogni caso, era l’idea di campo che, già implicita negli esperimenti di Oersted, è colta chiaramente da Faraday, che doveva progressivamente maturarla. Da notare che Faraday non accettò mai la concezione, empiricamente per lui assurda, della cosiddetta azione a distanza (= I. Newton). Tra il 1832 e il 1833 Faraday riuscì a chiarire le leggi fondamentali dei fenomeni elettrolitici (leggi di Faraday). = W. Whewell creò per lui tutta una serie di nuovi termini tecnici: elettrolisi, elettrolita, elettrodo, anodo, catodo, ione.

Negli anni, la concezione dello stato elettrotonico di Faraday si evolveva gradatamente, smaterializzandosi progressivamente. L’analogia era data dai corpi vibranti. La corda di un violino, per esempio. Essa, quando è lasciata libera a se stessa, non vibra. È sotto tensione che può vibrare. La cosa essenziale è quindi la tensione (strain), non la corda. Così, per esempio, nei magneti. La proprietà del magnete non è nella sbarra di ferro, è nello spazio che lo circonda. Questa era l’idea fondamentale della teoria del campo che grazie ai concetti di linee di forza, o di tensione, e al concetto di flusso, Faraday fece entrare nella fisica attraverso le sue numerose scoperte sperimentali. Idea, è bene dirlo, che fu immediatamente rifiutata dai contemporanei. A parte almeno una significativa straordinaria eccezione, = J. Clerk Maxwell, i cui contributi, essendo questi nato nel 1831, dovevano però tardare. Tra il 1840 e 1845 Faraday soffrì a lungo per motivi di salute, forse connessi ad avvelenamento da mercurio contratto durante i suoi esperimenti di chimica e dovuti alle condizioni non ottimali dal punto di vista igienico del laboratorio. Nel 1844 Faraday – anche in seguito alle critiche ricevute da uno studioso dell’Università della Pennsylvania, Robert Hare (1781-1858), che aveva dimostrato alcune incongruenze e contraddizioni delle sue concezioni avverse all’idea dell’azione a distanza (in sostanza, Faraday la rifiutava su larga scala, ma la ammetteva implicitamente su piccole distanze) – redasse il suo articolo Speculation Touching Electric Conduction and the Nature of Matter, in cui attribuì proprietà di campo allo spazio. Nel 1845, grazie anche alle critiche del giovane fisico scozzese = W. Thomson (futuro lord Kelvin), egli modificò ulteriormente l’idea di stato elettrotonico, accettando quello di una concezione elettromagnetica. La sua scoperta (1845) dell’effetto di rotazione prodotta da un campo magnetico sul piano di polarizzazione della luce (effetto Faraday) doveva confermare le sue idee sull’esistenza delle linee di forza e quelle più generali, ma connesse con queste, dell’unitarietà dei fenomeni naturali. Qui elettricità, magnetismo e luce dimostrano chiaramente la loro intima unitarietà. Qui – e negli scambi epistolari con Maxwell – si può progressivamente rintracciare la nascita della concezione di Faraday (poi teoria in Maxwell) della natura elettromagnetica della luce. La concezione delle linee di forza sarà fondamentale nei suoi studi sui materiali para-ferro-diamagnetici. Una sostanza era intesa come più o meno magnetica a seconda della tendenza a condurre in misura maggiore o minore le linee di forza rispetto allo spazio in cui è collocata. Nel lavoro On the Physical Character of the Lines of Force (1852), Faraday affermerà che le linee di forza avevano una reale esistenza fisica. Le rappresenterà con una descrizione geometrico-quantitativa, che verrà definita da Maxwell quasi di tipo matematico. Questo per sottolineare l’efficacia del metodo delle linee di forza di Faraday, a prescindere dalle sue carenze matematiche. Negli scritti di Maxwell del 1855-56 On Faraday’s Lines of Force a queste concezioni geometrico-descrittive viene data potente veste matematica. Nella corrispondenza tra i due scienziati, e poi nella loro frequentazione (quando dal 1860 al ’65 Maxwell insegna al King’s College di Londra), si rafforzerà in loro la convinzione della fondatezza delle teorie di campo e quella sulla teoria elettromagnetica della luce, poi tradotta nelle celebri equazioni di Maxwell. La concezione di Faraday era, però, generale. Non è un caso che egli abbia dedicato anni e anni di esperienze per dimostrare, inutilmente, il legame tra i fenomeni elettro-ottico-magnetici con quelli gravitazionali. Nel suo scritto On the Conservation of Force (1857) Faraday suggerì che le linee di forza gravitazionale fossero diffuse nello spazio e che l’energia gravitazionale esistesse intorno ai corpi, sia che ci fossero altri corpi su cui agire, sia che questi non ci fossero. Una parte di queste considerazioni deve avere attratto anche = A. Einstein, che stimava enormemente Faraday; sua è, infatti, la singolare ma efficace equazione tra due grandi coppie di scienziati: Galileo e Newton, Faraday e Maxwell. Tuttavia, Faraday non avrebbe assistito al trionfo delle sue idee. Devoto e dedito, come un missionario, ai suoi doveri, rifiutò sistematicamente onori e cattedre universitarie. Il suo compito di grande divulgatore scientifico presso la Royal Institution, in cui era entrato giovanissimo, e per sempre, lo appagava e lo affascinava. La sua innata semplicità e modestia d’altra parte lo rendeva consapevole delle sue notevoli carenze matematiche e, forse anche per questo, non volle avere insegnamenti universitari. Tra le sue opere divulgative ricordiamo solo la celebre The Chemical History of a Candle. Le opere scientifiche furono pubblicate, invece, nelle sue Researches (1839-55) in 3 volumi. Il miglior omaggio a quest’opera, un vero e proprio monumento di tutta una vita di ricerca in chimica e fisica, gli fu rivolto indirettamente da Maxwell. In una lettera al padre, Maxwell sosteneva di non voler leggere nulla di teorico sull’elettricità prima di aver studiato a fondo le Researches di Faraday, che costituivano, secondo lui, the backbone (la spina dorsale, il nocciolo) di tutto ciò che era stato fatto nel settore dell’elettricità e del magnetismo negli ultimi 30 anni. Faraday non poteva avere un lettore migliore.

 

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