Storia della definizione e del calcolo della potenza elettrica in un circuito
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La storia della nozione di potenza elettrica si snoda proprio su un percorso concettuale – non precisamente immediato – di tale tipo. Precisate tutte le necessarie premesse fondazionali del caso, è ora possibile narrarla. Si è ormai concluso il Settecento, il secolo dei lumi, e Volta [5], da poco, ha reso disponibile il suo campo elettromotore. Con il suo impiego stanno già per dischiudersi possibilità inattese. Da queste, in particolare, pur inizialmente legata ad un fortunato quanto incerto empirismo, sortirà la teoria dei circuiti. In seguito, supportata da tutto il necessario rigore del caso, tale approccio sarà inglobato, in particolare grazie ai contributi di Heaviside [6] e di Carson [7], nella più generale Dynamical Theory maxwelliana. Per ora, la teoria del campo elettromagnetico appare però quanto mai lontana. Forse, proprio in quegli anni, è la “meccanica calda”, con la sua necessità di bilanci termodinamici in grado di dominare le prime vaporiere, a fissare le regole del gioco.
Ben presto, una più matura analisi condotta sul suo funzionamento interno avrebbe chiarito, in modo inequivocabile, il significato di quelle “misteriose interazioni” tra fluidi diversi che avvengono nella pila. Estranee ad una Natura illuminista nella quale i fluidi elettrici, magnetici, dielettrici, termici, etc., vivono in mondi tra loro rigidamente separati, tali indagini avrebbero inequivocabilmente certificato – come nel seguito sarebbe accaduto anche con l’esperienza stessa di Oersted – un “conflitto tra fluidi distinti” strettamente connesso ad una visione del tutto nuova e rivoluzionaria del mondo: quella maturata in seno alla filosofia della natura tedesca.
Per ora, almeno nell’immediato, soprattutto sul piano applicativo, le conseguenze appaiono comunque cruciali: grazie alla pila risulta infatti concretamente disponibile una sorgente di elettricità stazionaria capace di “creare”, in un modo permanente prima impensabile, correnti elettriche mediante le quali – è questo, tra gli altri, il caso di Oersted e di Ampére – compiere i più svariati esperimenti. In particolare, seppur connesso a semplici filamenti di cui, almeno per ora, neppure si percepisce il possibile futuro ruolo in termini di resistenza ed induttanza, il generatore di tensione fa, per la prima volta, la sua comparsa. Si assiste dunque, seppure in una forma ancora del tutto estranea ad una più ampia teoria dei campi ancora ben al di là da venire, alla nascita della teoria dei circuiti. E la strada da percorrere, almeno per ora, si preannuncia del tutto agevole: il regime è infatti stazionario, per cui, a priori, come espressamente occorre in teoria delle reti, le tensioni sono differenze di potenziale e le correnti sono di conduzione. Data la semplicità estrema dei fenomeni in gioco, non occorre neppure il ricorso ad un apparato matematico di un qualche impegno.
All’interno di un approccio che, in forma agnostica, si limita ad essere descrittivo, può bastare infatti una semplice lettura di tipo sperimentale. Per anni il circuitista, vicino all’immediatamente sensibile di Fourier e prudentemente lontano da Laplace ed in seguito da Faraday, rifiuterà ogni lettura esplicativa e, negando qualsiasi ruolo allo spazio nel quale il circuito è immerso, si manterrà prudentemente lontano dalla teoria dei campi. Fino a quando le frequenze in gioco saranno in grado di consentirglielo, il suo contributo sarà soprattutto il risultato di un fortunato empirismo.
Con la pila fa innanzitutto la sua comparsa quel concetto di tensione che, negli anni successivi, ancora dopo Maxwell ed Heaviside, avrebbe seguito un percorso quanto mai tortuoso [8]. E adavvalersene per primo è proprio lo stesso Volta [9]. Il quale, a più riprese, parla testualmente di tensione, di grado di tensione, di tensione di elettricità. Intendendo con tale nozione, di cui già propone precise configurazioni operative atte alla sua misura, «lo sforzo di spingersi fuori» compiuto dall’elettricità. Nel seguito, un percorso concettuale anche più tortuoso sarebbe stato quello, di tipo lagrangiano, compiuto dalla nozione di forza elettromotrice. Ma la cosa non sarà altrettanto immediata: per giungere alla sua formulazione corretta sarebbe stato infatti necessario attendere i contributi fondazionali di Heaviside [6] e quelli chiarificatori di Giorgi [10]. A partire dal 1820, sia gli esperimenti di Oersted che quelli successivi di Ampére mettono in luce e definiscono il ruolo di una elettricità che, statica con Coulomb, diviene ora, proprio con Volta, dinamica. Già con i suoi studi del 1820 [11-12] Ampére attribuisce alla corrente il suo preciso carattere di movimento continuo di fluidi opposti (uno positivo e l’altro negativo), ne formalizza l’espressione ed introduce infine uno strumento, il galvanometro, che ne consente la misura.
Riferimenti bibliografici
[5] J.L. Heilbron, Anastasio Giuseppe Alessandro Volta, in [4], pp. 69-82;
[6] O. Heaviside, Electromagnetic Theory, a cura di Ernst Weber, Dover, New York, 1950;
[7] J.R. Carson, Electric Circuit Theory, Mc Graw-Hill Book Company, New York, 1926;
[8] F. Emde, Die Geschichte des Spannungsbegriffs (Die Bedeutungswandlungen des Wortes Spannung in der Elektrizirätslehre), Elektrotechnische Zeitschrift, 42, 8, 1921, pp.169-173;
[9] A. Volta, Opera Omnia, Vol. III, Edizione Nazionale, Ulrico Hoepli Editore, Milano, 1926,
[10] G. Giorgi, Verso l’Elettrotecnica Moderna, Libreria Editrice Politecnica Tamburini, Milano, 1949;
[11] L. Pearce Williams, André-Marie Ampère, in [4], pp. 139-147;
[12] A.M. Ampère, Mémoire sur la théorie mathématique des phénomenes électrodinamiques, uniquement deduit de l’expérience, Didot, Paris, 1826;
