Nel 1820, Hans Christian Oersted fece un importante esperimento che dimostrò che esisteva una connessione tra elettricità e magnetismo. Quando una corrente veniva accesa attraverso un filo, faceva girare un ago di bussola in modo che fosse ad angolo retto rispetto al filo. La corrente aveva prodotto un campo magnetico abbastanza forte da far girare l’ago della bussola.
Sfondo dell’esperimento
Si sapeva già che una corrente elettrica in un filo ha un effetto di riscaldamento e può far brillare il filo. Questo dimostrava che i tre fenomeni di elettricità, riscaldamento e illuminazione erano collegati.
Gli scienziati cercano di ‘unificare’ fenomeni apparentemente diversi trovando le loro cause sottostanti.
Domanda: Come possiamo dimostrare che una corrente elettrica ha un effetto di riscaldamento, e può anche provocare luce?
Risposta: Vedi esperimento
Effetto di riscaldamento di una corrente.
Si sapeva anche che quando un fulmine, una forma di elettricità, colpiva una nave, la bussola della nave poteva essere influenzata – la sua polarità poteva essere invertita.
Domanda: Cosa suggerisce questo?
Risposta: C’è un legame tra elettricità e magnetismo.
Gli scienziati attingono alle prove della vita quotidiana; cercano di capire le prove attraverso la sperimentazione.
Come si può dimostrare questo legame in laboratorio?
Gli sperimentatori immaginarono che, se una corrente elettrica scorreva lungo un filo dritto, allora il campo magnetico prodotto sarebbe stato nella stessa direzione. Così hanno posizionato i loro aghi della bussola ad angolo retto rispetto al filo, pensando che sarebbero stati deviati dalla corrente in modo da diventare paralleli al filo. Non videro alcun effetto perché, come Oersted avrebbe dimostrato, il campo magnetico prodotto è ad angolo retto rispetto al filo. Così preconcetti impedito sperimentatori precedenti di vedere l’effetto. (Si noti che l’apparecchiatura disponibile – pali fotovoltaici, in genere – sarebbe solo produrre una piccola corrente, quindi l’effetto sarebbe stato in ogni caso molto debole.)
Esperimento: Impostare una bussola che punta a nord-sud; posizionare un filo sopra di essa, disteso a est-ovest. Collegare ad una cella da 1,5 V. Non dovrebbe esserci alcun effetto.
I preconcetti (idee esistenti) possono rendere difficile fare progressi.
Il pensiero di Oersted
Oersted immaginò una corrente elettrica che ‘lottava’ attraverso un filo. Mentre scorreva, questo ‘conflitto’ dava luogo a ‘calore’ (o radiazione infrarossa, come la intendiamo ora) e luce, che si irradiava dal filo. Non potrebbe anche risultare in un campo magnetico, che si irradia?
Un’idea porta ad un’altra, che può poi essere testata.
Domanda: Come disegneresti le linee del campo magnetico per rappresentare l’idea di Oersted?
Risposta: Irradiandosi dal filo.
Domanda: Come dovrebbe comportarsi l’ago di una bussola, se questa idea è corretta?
Risposta: Ci si potrebbe aspettare che punti radialmente al filo. Provate, e il magnete non lo fa. Quindi le linee di campo magnetico non si irradiano da un filo che porta corrente.
Esperimento di Oersted
Oersted stava dando una dimostrazione pubblica della connessione tra elettricità, “calore” e luce. Collegò una pila voltaica a un filo di platino e mostrò che si surriscaldava e si illuminava.
Mentre teneva la lezione, la sua idea di una connessione tra elettricità e magnetismo riaffiorò nella sua mente. Aveva una bussola a portata di mano (per altri esperimenti che intendeva dimostrare), così decise di testare la sua idea lì per lì.
Esperimento: Impostare l’esperimento precedente, ma con il filo steso a nord-sud sopra la bussola, parallelo all’ago della bussola. Accendere – l’ago ruota in direzione est-ovest.
Vedi anche:
L’esperimento di Oersted.
Oersted invertì la corrente; l’ago si mosse nell’altro senso.
L’effetto osservato da Oersted e dal suo pubblico fu piccolo; nessuno fu molto impressionato. Oersted era consapevole che altri scienziati erano stati distratti da simili fenomeni elusivi, e passarono tre mesi prima che dedicasse altro tempo alla sua scoperta.
Gli scienziati lavorano spesso ai limiti della sensibilità dei loro strumenti. Una tecnica può dover essere molto raffinata prima che un fenomeno possa essere osservato in modo affidabile.
Cosa fece Oersted dopo
Oersted dimostrò che il campo magnetico intorno a un filo percorso da corrente era circolare; cioè le linee di forza sono circolari, centrate sul filo.
Esperimento:
Campo magnetico dovuto a una corrente elettrica in un filo.
Continuò a dimostrare che un filo più spesso produceva un effetto maggiore. Mostrò anche che i materiali posti tra il filo e la bussola non avevano alcun effetto.
Domanda: Perché?
Risposta: Il filo più spesso ha meno resistenza, quindi maggiore corrente. Materiali non magnetici non hanno alcun effetto su un campo magnetico.
Nel luglio 1820, ha inviato un documento di 4 pagine che delinea i suoi risultati, in latino, a diverse riviste scientifiche.
Gli scienziati sono tenuti a condividere le loro scoperte il più presto possibile, con la pubblicazione in riviste. Nel 1820, il latino era una lingua comune (condivisa) che permetteva agli scienziati di diverse nazionalità di capire il lavoro degli altri.
Ampere lesse il rapporto di Oersted, e nel giro di una settimana aveva ripetuto le osservazioni e sviluppato una teoria matematica che descriveva come il campo magnetico dipende dalla forza della corrente e dalla distanza dal filo.
In principio, i risultati scientifici sono controllati da altri scienziati che ripetono gli esperimenti, per vedere se ottengono gli stessi risultati.
Oersted aveva osservato e descritto un fenomeno sperimentale. Ampere lo portò avanti scrivendo un’equazione matematica per spiegarlo.
Domanda: Oersted aveva dimostrato che una corrente elettrica ha un campo magnetico intorno ad essa. Quali applicazioni pratiche sono state sviluppate da questa idea?
Risposta: Elettromagneti, motori, dinamo, trasformatori, ecc.
Più su Oersted
Oersted fondò la Società Danese per la Diffusione della Scienza Naturale, una società che aveva lo scopo di presentare le idee scientifiche al grande pubblico. Oersted ebbe anche un ruolo chiave nella fondazione dell’Università Tecnica di Danimarca, con l’intenzione di migliorare le basi scientifiche dell’ingegneria.
Molti scienziati cercano di condividere il loro lavoro con un pubblico più ampio. Possono anche cercare di condividere i benefici tecnologici delle loro scoperte. Egli descrisse il 1820, l’anno della sua grande scoperta, come l’anno più felice della sua vita.
Gli scienziati possono trarre grande piacere dal loro lavoro.
Nel 1802, un avvocato italiano chiamato Gian Domenico Romagnosi pubblicò un resoconto di un’osservazione simile a quella di Oersted. Tuttavia, il suo articolo apparve in un giornale e non fu ripreso dalla comunità scientifica. Romagnosi non sembra aver dato seguito alle sue scoperte preliminari.
Ci sono molti esempi di “affermazioni precedenti” nella storia della scienza. In pratica, il riconoscimento di solito va alla persona che pubblica un resoconto attento, dettagliato e ripetibile delle sue osservazioni, in un momento in cui altri scienziati sono pronti per l’idea, e in un luogo che sarà letto e preso sul serio.
Riconoscimento
Siamo grati a David Sang, autore di questo caso di studio.