elettromagnetismo - Elettrostatica
Apparecchio di Biot
SCHEDA TECNICA
INVENTARISTATO
Sfera metallica isolata, con due emisferi dello stesso diametro, per dimostrare che la elettricità si porta alla superficie dei corpi
Apparecchio per la distribuzione delle cariche elettriche
Apparecchio per la distribuzione della carica elettrica
1818Nº //
1838Nº //
P.A.96
1870228
1925a166
Completo
Integro
Funzionante
Dimensioni
MATERIALI: ottone, piombo, legno, vetro
BIBLIOGRAFIA & PRESTITI
DATABASE
Datazione: 1863 - 1864
Nel Museo A. M. Traversi - Vetrina O
Descrizione          Funzionamento: spiegazione - verifica          Testi&Curiosità


Immagine, Malfi, © D 2008
Fonti
Clerc A. (1885) pag. 678, fig. 496
Drigo A. (1941) pag. 695, fig. 496
Drion Ch. - Fernet E. (1877) pag. 344, fig. 496
Ganot A. (1861) pag. 437, fig. 496
Ganot A. (1883) pag. 513, fig. 496
Giordano G. (1862) Vol. 2, pag. 66, fig. 496
Jamin J. (1880) pag. 287, fig. 496
Joubert J. (1889) pag. 10, fig. 496
Matteucci C. (1847) pag. 161, fig. 496
Milani G. (1869) Vol. 5, pag. 80, fig. 496
Privat Deschanel A. - Pichot (1871) pag. 419, fig. 496
Zambra B. (1854) Vol. 2, pag. 347, fig. 496
 

Lo studio dei conduttori permise di osservare un'interessante proprietà e cioè che la carica si distribuisce su di essi solo sulla superficie (per di più esterna, se il corpo è cavo) e non anche entro la loro massa. Questo strumento, di notevole efficacia didattica e ancor'oggi utilizzato durante le ore di laboratorio di fisica, permette di verificare quanto appena detto e, in particolare, di evidenziare la distribuzione esclusivamente superficiale che la carica assume su di un corpo conduttore massiccio d'ottone di forma sferica isolato dal suolo tramite un sostegno costituito da una bacchetta di vetro.

L'esperienza si svolgeva (e si svolge) nel modo seguente. Si provvedeva ad elettrizzare la sfera mediante una Macchina elettrica. Dopodiché si chiudeva la sfera entro i due emisferi cavi di ottone che sono perfettamente combacianti con essa. Separandoli rapidamente e contemporaneamente si verificava che i due emisferi cavi risultavano ora elettrizzati (per questa verifica è sufficiente accostarli ad un elettroscopio), mentre la sfera era totalmente scarica. La carica, localizzata esclusivamente a livello della superficie della sfera, si è dunque trasferita interamente su quella dei due emisferi. Ciò dimostrava inequivocabilmente quanto detto sulla localizzazione della carica su un conduttore massiccio.

Per quanto riguarda poi il fatto che, se il conduttore è cavo, la carica si distribuisce solo sulla superficie esterna del corpo, cosa impossibile da verificare con lo strumento in esame, si segnala che ciò fu una scoperta di B. Franklin, il quale scrisse nel 1755:

“Ho elettrizzato un recipiente d'argento, della capacità di una pinta, posto su un supporto isolante e quindi ho fatto scendere nel suo interno una sfera di sughero (avente diametro pari a un pollice circa) tenendola sospesa con un filo, finché la sfera non ha toccato il fondo del recipiente. La sfera non è stata attratta dalla parete interna del recipiente, come lo sarebbe stata da quella esterna e, dopo aver toccato il fondo, avendola estratta, non è stata elettrizzata da quel contatto, come lo sarebbe stata se avesse toccato l'esterno del recipiente. Il fatto è singolare”.

Anche J. Priestley (lo scienziato che scoprì l'ossigeno nel 1772) eseguì su esplicita richiesta di Franklin un esperimento analogo che diede lo stesso risultato. Questo comportamento delle cariche sui conduttori si giustifica facilmente considerando che si sta operando in ambito elettrostatico. Nell'elettrostatica, lo dice la parola stessa, le cariche sono fisse e ciò ha come diretta conseguenza che la distribuzione della carica su un conduttore isolato è tale da rendere nullo il campo elettrico all'interno del conduttore stesso (e costante il potenziale sulla sua superficie), altrimenti ci sarebbe un movimento di cariche contro l'ipotesi dei staticità, visto che i campi elettrici “mettono in moto” le cariche. Inoltre si può dimostrare che tale distribuzione di carica sulla superficie che rende nullo il campo elettrico all'interno del corpo non dipende dalla quantità di carica sul conduttore stesso.

Una prova “per assurdo” ancora più convincente dal punto di vista matematico che le cose debbano essere effettivamente così è fornita dal teorema di Gauss: “il flusso del campo elettrostatico attraverso una superficie chiusa è uguale alla somma algebrica delle cariche contenute entro la superficie, comunque siano distribuite, divisa per ε0. Se vi fossero cariche anche sulla superficie interna del conduttore cavo utilizzato da Franklin, prendendo allora una superficie chiusa all'interno della massa del metallo il flusso del campo elettrostatico prodotto da queste cariche sarebbe diverso da zero e ciò implicherebbe la presenza entro il metallo di un campo elettrostatico non nullo, contro l'ipotesi elettrostatica. evidente che per un conduttore massiccio e carico la dimostrazione “per assurdo” sarebbe analoga a quella illustrata poc'anzi per il conduttore cavo. Dunque non può esserci carica sulla superficie interna del conduttore, come Franklin e Priestley verificarono sperimentalmente, e nemmeno all'interno della sua massa.