Questo semplicissimo apparecchio consiste di una sferetta di materiale leggerissimo (in genere si utilizzava del midollo di sambuco) sostenuta da un filo di seta che offre un ottimo isolamento.
Con questo strumento si possono verificare qualitativamente tre importanti proprietà: la polarizzazione di un dielettrico posto in un campo elettrico, l’elettrizzazione per induzione di un conduttore sempre sotto l’azione di un campo elettrico e l’esistenza in natura di due stati elettrici differenti.
Polarizzazione del dielettrico
Se il campo elettrico agisce su di un corpo isolante, quindi praticamente privo di elettroni di conduzione, non si potrà avere il fenomeno dell’induzione elettrostatica come avviene invece per i corpi conduttori.
Supponiamo che gli atomi costituenti il dielettrico non abbiano natura polare, tuttavia per l’azione del campo elettrico gli elettroni periferici vengono obbligati a percorrere orbite decentrate rispetto al nucleo il quale a sua volta tenderà a spostarsi nella direzione del campo. Questo spostamento continuerà fino a quando le forze attrattive tra nucleo ed elettroni non equilibreranno le forze elettrostatiche che hanno causato lo spostamento.
Il risultato di questa deformazione dell’atomo è che questo non appare più elettricamente neutro ma assume i connotati di un dipolo elettrico il cui asse coincide con la direzione delle linee di forza del campo. Questo fenomeno dicesi polarizzazione per deformazione.
Oltre alla polarizzazione per deformazione esiste quello della polarizzazione per orientamento che si verifica quando le molecole del materiale possiedono già per loro stessa natura carattere polare sono cioè tanti dipoli elettrici orientati in modo casuale. In questo caso il fenomeno di polarizzazione avviene perché una parte, più o meno rilevante, di essi tendono ad orientarsi sotto l’azione del campo elettrico.
Và fatto notare che entrambi i fenomeni di polarizzazione sopra descritti permangono fintanto che permane il campo elettrico ma cessano immediatamente al cessare del campo che li ha prodotti.
Il fenomeno descritto può essere facilmente osservato facendo uso di un pendolino munito di una sferetta di materiale isolante. All’approssimarsi del corpo induttore il materiale costituente la sferetta, che all’inizio dell’esperienza era elettricamente neutra, si polarizza e la superficie della sferetta rivolta verso il corpo induttore assume una carica elettrica di segno opposto a quella del corpo quindi si ha l’attrazione della sferetta verso di esso. Tale attrazione permane anche quando essa viene a contatto del corpo induttore poiché la natura isolante della sferetta non consente scambio di cariche con il corpo stesso e quindi la distribuzione delle cariche permane invariata.
Elettrizzazione per induzione
Il fenomeno dell’induzione elettrostatica è una diretta conseguenza della mobilità delle cariche elettriche propria di un materiale conduttore. Quando un conduttore metallico isolato ed allo stato neutro viene posto in un campo elettrico le cariche di segno opposto a quella del corpo induttore, sottoposte alla forza attrattiva del campo ed in virtù della loro mobilità, si portano nella zona del conduttore più prossima al corpo induttore lasciando così sguarnita la zona più lontana che assume pertanto carica di segno uguale a quella dell’induttore.
Anche questo fenomeno può essere verificato con il pendolino elettrico il quale però, questa volta, deve essere equipaggiato con una sferetta di materiale conduttore molto leggero. Avvicinando un corpo induttore elettrizzato alla sferetta elettricamente neutra del pendolino si può verificare il manifestarsi di una vivace attrazione (fig. a), se però la sferetta viene a contatto con il corpo induttore si nota un’altrettanto vivace repulsione. Anche questo fenomeno è dovuto alla mobilità delle cariche elettriche di un corpo conduttore, infatti al momento del contatto tra la sferetta ed il corpo, parte delle cariche dell’induttore vanno a neutralizzare le cariche di segno opposto della sferetta la quale rimane così elettrizzata dello stesso segno del corpo e pertanto viene da esso respinta (fig. b).
Il fenomeno descritto fu osservato già nel 1672 da Otto von Guerike.
DUE STATI ELETTRICI DIFFERENTI
Si consideri il seguente esperimento: si elettrizza un pendolino per contatto utilizzando una bacchetta di sostanza resinosa strofinata con un panno di lana; dopo aver constatato che il pendolino così elettrizzato viene respinto dalla stessa bacchetta di sostanza resinosa, si avvicina ad esso una bacchetta di vetro liscio elettrizzata per strofinio con un panno di lana: si osserva che il pendolino respinto dal bastone di sostanza resinosa viene invece attratto dalla bacchetta di vetro. Reciprocamente se si elettrizza per contatto il pendolino con la bacchetta di vetro strofinata con un panno di lana si vede che esso viene respinto da essa mentre viene attratto dalla bacchetta di sostanza resinosa elettrizzata con la lana. Ne consegue che l’elettricità che si manifesta sulla bacchetta di vetro liscio strofinata con la lana e l’elettricità che si manifesta sulla bacchetta resinosa anch’essa strofinata con la lana non presentano un identico comportamento. Se si avessero due pendolini elettrizzati l’uno con l’elettricità del vetro e l’altro con l’elettricità della sostanza resinosa si potrebbe verificare che preso un corpo elettrizzato qualsiasi ed in qualunque modo esso attrae uno dei due pendolini e respinge l’altro: non esiste nessun corpo che, presentando proprietà elettriche, respinga tutti e due i pendolini o li attragga entrambi.
Du Fay osservò questo fenomeno nel 1733, e per distinguere i due stati elettrici chiamò elettricità resinosa quella che si manifestava sulle sostanze resinose strofinate con lana ed elettricità vitrea quella che si manifestava sul vetro pure strofinato con lana. In realtà questi nomi si dimostrarono inappropriati in quanto essi lasciavano intendere che il particolare tipo di elettricità che su essi si svolgeva fosse una proprietà della sostanza, si verificò ben presto che il tipo di elettricità manifestato da una particolare sostanza dipende anche dalla natura dell’oggetto che si utilizza per elettrizzarla e dalla stato della sua superficie, ad esempio mentre il vetro liscio strofinato con lana manifesta elettricità vitrea, il vetro smerigliato pure strofinato con lana acquista elettricità resinosa. Si sono, pertanto abbandonate queste due definizioni e se ne sono adottate altre che meglio rispondessero alla natura stessa dei fenomeni: si è convenuto di chiamare elettricità positiva quella che si manifesta sul vetro liscio strofinato con lana ed elettricità negativa quella che si manifesta nelle resine pure strofinate con lana.