ARCHIVIO STORICO ENEL. Invenzioni & Brevetti. Inventions & Patents.

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1 3 L età dell energia The Age of Energy ARCHIVIO STORICO ENEL Invenzioni & Brevetti. Inventions & Patents.

2 Archivio Storico Enel L Archivio Storico custodisce la documentazione relativa alla storia dell industria elettrica italiana dalla fine dell Ottocento e di quasi mezzo secolo di vita di Enel, da quando, con la nazionalizzazione del 1962, oltre aziende elettriche confluirono nell allora ente nazionale per l energia elettrica. In principio la struttura del nuovo ente risentì dell influenza delle più grandi e importanti imprese elettriche esistenti all epoca e, pur ispirandosi a criteri di gestione aderenti alla sua natura di ente pubblico economico, di fatto riprese e proseguì l attività delle precedenti imprese elettriche private di cui, naturalmente, prese in carico i relativi archivi nonché il personale altamente qualificato: ingegneri, tecnici e maestranze di prim ordine. Nel 1992, la Soprintendenza Archivistica per il Lazio dichiarò di notevole interesse storico tutta la documentazione Enel, riconoscendo altresì il complesso documentario come fonte di valore unico e di incommensurabile interesse per la storia dell energia elettrica e per la storia economica nazionale e internazionale dagli inizi del secolo scorso in poi. Inaugurato a settembre 2008 in una sede unica, a Napoli, l'archivio Storico Enel promuove iniziative culturali e di studio e garantisce un'agevole consultazione sia con sistemi tradizionali che con l'ausilio dell'inventariazione digitale, valorizzando la conoscenza del patrimonio storico documentale in una visione dell'energia orientata al futuro. The Historical Archive houses documents regarding the history of the Italian electricity industry since the end of the nineteenth century, including the almost half a century of Enel s existence. Enel was established in 1962, when more than 1,270 electricity companies were nationalized and became part of what at that time was the Ente Nazionale per l Energia Elettrica. The structure of the new entity was influenced by the largest and most important electricity companies of the time, and even though it was based on managerial criteria appropriate to its status as a governmentowned company, it actually continued the activity of the preceding private electricity firms, whose related archives it naturally took charge of, as well as their highly skilled personnel: engineers, technicians, and first-rate workers in general. In 1992, the Soprintendenza Archivistica per il Lazio the government agency that oversees archives in the Lazio region declared all of Enel s documentation to be of remarkable historical interest, acknowledging the collection of documents as a source of unique value and incomparable interest for the history of the electricity industry and Italian and international economic history from the beginning of the twentieth century onwards. Brought together within a single building in Naples and inaugurated in September 2008, the Enel Historical Archive promotes cultural and scholarly initiatives and facilitates consultation with digital cataloguing as well as traditional systems, enhancing knowledge of our heritage of historical documents in a forward-looking vision of power. È il fare quotidiano che caratterizza l impegno e l identità di ogni azienda e costituisce il tratto distintivo della sua cultura. È per questa ragione che occorre dare voce alla ricchezza di conoscenze, alla professionalità, all innovazione, alla capacità di trasformazione continua attraverso il racconto della propria storia industriale che è cultura d impresa. Senza di questa, l azienda stessa rischierebbe di non essere percepita nel suo reale valore di generare sviluppo per il Paese e per le generazioni future. Fulvio Conti Amministratore Delegato e Direttore Generale Enel The identity of every company is characterized by its everyday operations, which are the lifeblood of any company s corporate culture. It is important to give a voice to the wealth of knowledge, professionalism, innovation and an unceasing ability to move forwards by retelling the company s industrial history, which is the underlying corporate culture. Without this, a company runs the risk of not being perceived for its true value: as a generator of advancement for the nation and for its future generations. Fulvio Conti Chief Executive Officer and General Manager of Enel ARCHIVIO STORICO ENEL via Ponte dei Granili, Napoli tel

3 Invenzioni & Brevetti. Inventions & Patents. MONOGRAFIA DELL ARCHIVIO STORICO ENEL MONOGRAPH BY THE ENEL HISTORICAL ARCHIVE

4 Prefazione Piero Gnudi Presidente Enel 2 Questa monografia sulle invenzioni e i brevetti realizzata utilizzando i documenti conservati nell Archivio Storico di Enel spero possa offrire un ulteriore contributo alla storia economica del nostro Paese. Questa opera è la testimonianza del ruolo e dell importanza che gli scienziati e i ricercatori italiani hanno avuto nella rivoluzione tecnologica che si è verificata tra la fine dell Ottocento e gli inizi del Novecento, rivoluzione che ha modificato la vita a milioni di abitanti del nostro pianeta. Da questa monografia emerge che il nostro sistema industriale non è stato in grado di sfruttare al meglio la genialità dei nostri scienziati. Questo purtroppo è un problema ancora attuale. Sono certo che anche oggi nelle nuove generazioni di scienziati e ricercatori italiani vi siano eccellenze a livello mondiale: se sapremo supportarle adeguatamente ci consentiranno di guardare con fiducia al nostro futuro.

5 Foreword Piero Gnudi Chairman, Enel It is my hope that this monograph on inventions and patents, drawn from documents in the ENEL Archives, proves to be a further contribution to the economic history of Italy. This work highlights the important role played by Italian scientists and researchers in the technological revolution that unfolded between the end of the 1800s and the beginning of the 1900s a revolution that changed the lives of millions of people around the world. One thing this monograph shows is that Italy s industrial system is incapable of fully leveraging the brilliance of our scientists. Unfortunately, this problem remains today. I have no doubt that the latest generation of Italian scientists and researchers includes many world-beaters. If we manage to offer them the right support, they will help us look ahead to the future with confidence. 3

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7 Indice Table of Contents 2 Prefazione di Piero Gnudi 2 Foreword by Piero Gnudi INVENZIONI & BREVETTI INVENTIONS & PATENTS di Giovanni Paoloni e Margherita Martelli by Giovanni Paoloni and Margherita Martelli Dalla curiosità alle prime applicazioni From Curiosity to Early Appliances 6 Pionieri 6 Pioneers 14 Le prime applicazioni industriali 14 Early Industrial Applications 19 La telegrafia elettrica nella penisola 20 The Electric Telegraph in Italy Inventori elettrici Electrical Inventors 25 Gioie e dolori della nuova Italia 25 The Highs and Lows of the New Italy 28 Un inventore sfortunato: Meucci e il telefono 28 The Unlucky Inventor: Meucci and the Telephone 33 Ma è proprio sfortuna? Lo strano caso di Pacinotti e della dinamo 35 True Bad Luck? The Strange Case of Pacinotti and the Dynamo 41 Galileo Ferraris e Alessandro Cruto: trasformatori, motori e lampadine 42 Galileo Ferraris and Alessandro Cruto: Transformers, Motors and Light Bulbs 5 Il carbone bianco e le sue industrie White Coal and its Industries 54 Dalla fisica all elettrotecnica 54 From Physics to Electrical Engineering 64 Una sfida difficile: gli italiani alla conquista dell Italia 65 A Tough Challenge: the Italians Who Set Out to Conquer Italy 75 Cavi, turbine e fari 77 Cables, Turbines and Lamps Energia, sviluppo e miracoli Energy, Development and Miracles Tra le due guerre: miti e realtà dell autarchia Dall elettrotecnica all elettronica Elettricità e miracolo economico Nuovi impianti e nuove fonti Conclusioni di Gennaro de Michele Note Between the Wars: the Myth and Reality of Autarchy From Electrical Engineering to Electronics Electricity and the Economic Miracle New Plants and New Fuels Conclusions by Gennaro de Michele Notes

8 6 Dalla curiosità alle prime applicazioni. Pionieri Gli anni Sessanta dell Ottocento, mentre in Italia si costruisce lo Stato unitario, sono quelli in cui James Clerk Maxwell lavora alle equazioni differenziali dell elettromagnetismo che, pubblicate nel Treatise on Electricity and Magnetism del 1873, diverranno celebri con il suo nome. Esse costituiscono la sintesi di un lungo periodo di studi sperimentali e teorici, fornendo il collegamento fondamentale tra elettricità, magnetismo e luce. La teoria permette di unificare l elettromagnetismo e l ottica (fenomeni fisici legati alla luce visibile), che fino a From Curiosity to Early Appliances. Pioneers During the 1860s, as Italy was going through the process of becoming a unified State, James Clerk Maxwell worked away on the differential equations of electromagnetism, which were to become famous and indelibly associated with his name when published in 1873 in his Treatise on Electricity and Magnetism. These equations summarized a long period of experimental and theoretical research, and provided the basic link between electricity, magnetism and light. Il fisico scozzese James Clerk Maxwell. Scottish physicist James Clerk Maxwell.

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10 Dalla curiosità alle prime applicazioni From Curiosity to Early Appliances 8 quel momento hanno sviluppato molte osservazioni comuni non solo a livello teorico ma anche a livello pratico 1. È singolare ma anche profondamente simbolico che la luce, per sua natura immateriale, si colleghi anche in termini teorici a un industria che ha tra i suoi scopi pure l illuminazione, e che sarà destinata a essere attiva e fiorente come protagonista di quella che spesso viene chiamata la seconda rivoluzione industriale. I fenomeni elettrici sono noti fin dall antichità, quando erano considerati soprattutto delle curiosità 2 : già Talete osservava infatti che l ambra, se strofinata, ha la proprietà di attrarre, come un respiro, i corpi leggeri. La parola greca per ambra è ηλεκτρον (électron): di qui il nome con cui quei fenomeni furono indicati. Ma il tentativo di studiare sistematicamente l argomento risale alla rivoluzione scientifica dei primi anni del Seicento, quando William Gilbert pubblica, proprio nel 1600, il De magnete, e per la prima volta opera una distinzione tra corpi elettrici e non elettrici, in base alla loro capacità di attrarre altri corpi se sottoposti a strofinio. Di magnetismo si occupa anche Athanasius Kircher, il celebre naturalista del Collegio Romano, che nel 1641 pubblica il Magnes sive de Arte Magnetica. Nel 1663, poi, Otto von Guericke realizza il primo dispositivo in grado di produrre virtù elettrica : un globo di zolfo messo in rotazione da una manovella, mentre la mano dello sperimentatore, avvolta in un panno, si mantiene a contatto del globo stesso. Altre tappe importanti sono le ricerche di Francis Hawksbee Maxwell s theory made it possible to combine electromagnetism and optics (physical phenomena associated with visible light), which at that time had given rise to a number of common observations not just at a theoretical but also at a practical level. 1 Singularly and indeed deeply symbolically the immaterial nature of light was theoretically linked to an industry whose purposes included lighting, and which was destined to become an active and flourishing driver of what is often referred to as the second Industrial Revolution. Electrical phenomena had been observed since ancient times, when, more than anything else, they were considered as a curiosity: 2 Thales noted that when rubbed, amber attracted lightweight bodies much like breath. The Greek word for amber is ηλεκτρον (électron) this was the noun used to indicate phenomena of this kind. Systematic research into the issue did not begin until the scientific revolution that took place in the early 17 th century. In 1600, William Gilbert published De magnete, and for the first time drew a distinction between electric and nonelectric bodies depending upon their ability to attract other bodies when rubbed. Famous Collegio Romano naturalist Athanasius Kircher wrote on magnetism in his 1641 work Magnes sive de Arte Magnetica. Sfera magnetica-fisico-meccanica perpetua inventata da Athanasius Kircher indicante le ore e i movimenti del cielo e delle stelle. A perpetual magnetic physical mechanical sphere invented by Athanasius Kircher, which tells the time and the motion of the sky and stars.

11 Benjamin Franklin nel suo laboratorio di fisica a Philadelphia e la copertina di Experiments and Observation on Electicity pubblicato nel Benjamin Franklin in his physics laboratory in Philadelphia, and the cover of his Experiments and Observation on Electricity, published in sugli effluvi elettrici (1705), gli studi di Charles F. du Fay sull induzione elettrostatica e quelli di S. Gray che portano alla distinzione tra conduttori e isolanti (1733), la bottiglia di Leida (1745) con la scoperta del principio del condensatore fatta simultaneamente da Edward J. von Kleist e Pieter van Musschenbroek, quindi le osservazioni di Jean Nollet sugli effetti delle scariche elettriche nelle piante e negli animali (1746), e di Benjamin Franklin sulla natura elettrica dei fulmini e sulla conduzione a terra, con l invenzione del parafulmine (1749) e gli studi sul potere delle punte (1772). Nollet e Franklin formulano anche importanti teorie sui fluidi elettrici, che nei decenni seguenti saranno oggetto di ricerche e dibattiti sull interpretazione dei fenomeni elettrici. È Charles A. Coulomb invece a formulare la fondamentale legge di attrazione e repulsione fra cariche puntiformi, e poi nel 1785 a definire, con la sua bilancia di torsione, la legge di interazione tra due sferette cariche, formalmente analoga a quella che nella meccanica newtoniana regola l interazione fra due masse. Nel clima dell Illuminismo lo studio dell elettricità attrae, accanto agli sperimentatori rigorosi e sistematici, numerosi dilettanti, che hanno tuttavia il merito di suscitare attorno a questo campo di indagine un enorme interesse. Oltretutto la bottiglia di Leida e le macchine elettrostatiche a strofinio permettono ormai di disporre di quantità di carica elettrica e di differenze di potenziale considerevoli, che In 1663, Otto von Guericke built the first device capable of producing electric virtues : a sulphur globe which was rotated using a handle, while the experimenter s hand, wrapped in a cloth, was kept in contact with the globe. Further important developments included Francis Hawksbee s research into electrical effluvia (1705), Charles F. du Fay s research into electrostatic induction, S. Gray s distinction between conductors and insulators (1733), Leida s bottle (1745) following the discovery of the condenser principle made contemporaneously by Edward J. von Kleist and Pieter van Musschenbroek, followed by Jean Nollet s observations on the effects of electrical discharges on plants and animals (1746), and Benjamin Franklin s research into the electrical nature of lightning and earthing, with the invention of the lightning rod (1749), and his research into the power of points (1772). Nollet and Franklin also 9

12 Dalla curiosità alle prime applicazioni From Curiosity to Early Appliances 10 consentono di dar vita a dimostrazioni pubbliche di grande suggestione e spettacolarità, con giochi elettrici, scintille e altri effetti che spingono Tiberio Cavallo a indicare l elettricità come la più dilettevole e la più sorprendente fra tutte le parti della filosofia naturale (Trattato completo di elettricità, 1775). Negli ultimi trent anni del Settecento i maggiori contributi si devono a studiosi italiani: Alessandro Volta pubblica nel 1769 De vi actractiva ignis electrici, mentre Giovanni Battista Beccaria definisce il concetto di capacità di un conduttore (1772). Nel 1775 è ancora Volta a realizzare l elettroforo, prototipo delle macchine elettrostatiche a influenza, mentre Cavallo studia l elettricità atmosferica. Nel 1780, poi, Luigi Galvani effettua sulle rane i suoi esperimenti relativi alla elettricità animale, e le sue osservazioni stimolano Volta verso l invenzione della pila, la prima batteria elettrica. È la pila ad aprire la strada alla concezione e agli usi moderni dell elettricità. Assai più lenta è invece l evoluzione degli studi sul magnetismo: la proprietà della magnetite di attrarre metalli era anch essa nota dall antichità, e l uso della bussola era diffuso fin dal Medioevo; su questa base Gilbert nel 1600 aveva attribuito alla Terra le proprietà di un enorme calamita, ma le forze magnetiche restavano poco comprensibili e soprattutto troppo complicate da descrivere in termini quantitativi. Solo nel 1819 le osservazioni developed important theories on electric fluids, which over the next few decades would lead to research and debate on the interpretation of electrical phenomena. Charles A. Coulomb formulated the fundamental law of attraction and repulsion between punctiform charges, and in 1785, his twisting scales defined the law of interaction between two charged small spheres, which was formally analagous to Newton s mechanical law on the interaction of two masses. At the time of the Enlightenment, alongside rigourous and systematic experimenters, research into electricity attracted a number of amateurs who nevertheless had the virtue of arousing enormous interest in the field. Above all, Leida s bottle and the various rubbed electrostatic machines made it possible to generate considerable electrical charge and potential difference, which in turn made it possible to stage highly evocative and entertaining public demos, consisting of electric games, sparks and other effects. Tiberio Cavallo was prompted to describe electricity as the most delightful and most surprising of all areas of natural philosophy (Trattato completo di elettricità, 1775). As the 18 th century came to a close, Italian scholars led the research field. In 1769, Luigi Galvani mentre presenta gli esperimenti che lo resero famoso. Stampa d epoca. Luigi Galvani presenting the experiments that made him famous. Period print.

13 sperimentali di Hans C. Oersted, un fisico danese, dimostrano la stretta connessione esistente tra fenomeni elettrici e magnetici; alle osservazioni di Oersted fanno seguito nel 1820 i risultati di André-Marie Ampère, che portano alla distinzione tra fenomeni elettrostatici ed elettrodinamici, e alla formulazione teorica dell elettrodinamica, cui segue nel 1824 quella dell elettrostatica, con George Green. Nel 1821 il tedesco Johann Salamo Christofh Schweigger realizza uno strumento che permette di misurare l intensità di piccole correnti elettriche: è il galvanometro moltiplicatore, così chiamato in onore di Galvani. Nel 1826, poi, Georg S. Ohm formula la relazione tra tensione, intensità di corrente e resistenza in un circuito. Negli stessi anni vengono realizzate le prime elettrocalamite, che troveranno rapidamente un campo di applicazione nei telegrafi. È invece Antoine H. Becquerel che studiando i fenomeni elettrici giunge alla formulazione di alcune fondamentali regole dell elettrochimica, ed elabora uno strumento (che chiama amperometro in omaggio ad Ampère) per misurare l intensità della corrente elettrica. Il passaggio fondamentale per lo studio teorico dell elettromagnetismo e per gli sviluppi applicativi dell elettricità sono però le esperienze del fisico inglese Michael Faraday nel Partendo dalla convinzione che se l elettricità produce magnetismo, allora il magnetismo deve Manoscritto di Alessandro Volta sul funzionamento della pila. Alessandro Volta s manuscript on how batteries work. Alessandro Volta published his De vi actractiva ignis electrici. In 1772, Giovanni Battista Beccaria defined the concept of conductor capacity. In 1775, Volta built the electrophorus, a prototype of influenced electrostatic machines, while Cavallo undertook research into atmospheric electricity. In 1780, Luigi Galvani performed his animal electricity experiments on frogs, prompting Volta to take steps towards inventing the first electric battery. It was the battery that paved the way for modern conceptions and uses of electricity. Research into magnetism moved forwards much more slowly. The ability of magnetite to attract metals had been known since ancient times, and compasses had commonly been in use since the Middle Ages. Drawing on this knowledge, in 1600 Gilbert conceived the Earth as having the properties of a huge magnet, but magnetic forces remained poorly understood, and above all, were too complex to be described in quantitative terms. It was only in 1819, after Danish physicist Hans C. Oersted published his experimental observations, that a close bond was demonstrated between electrical and magnetic phenomena. In 1820, Oersted s observations were followed by the results achieved by André Marie Ampère, who distinguished between electrostatic and electrodynamic phenomena, and produced a 11

14 Dalla curiosità alle prime applicazioni From Curiosity to Early Appliances 12 essere in grado di produrre correnti elettriche, egli arriva alla scoperta dell induzione elettromagnetica. Nella prima delle sue fondamentali esperienze Faraday avvolge due bobine di filo isolato intorno a un anello di ferro dolce: una bobina è alimentata da una batteria (circuito primario) e l altra si chiude su un indicatore di corrente (secondario); si scopre che la forza elettromotrice indotta nel secondario dipende dal numero delle spire delle due bobine, e che questo apparato può essere utilizzato per trasformare corrente a bassa tensione in corrente ad alta tensione e viceversa. Nasce così il prototipo del trasformatore. La seconda esperienza di Faraday consiste nell inserimento di un magnete in una bobina: non appena il magnete viene spinto o tirato dalla bobina nel circuito fluisce una corrente. Sulla base di questa osservazione Faraday ipotizza che lo spazio compreso tra i corpi elettrici o magnetici sia pieno di linee di forza, osservabili cospargendo di limatura di ferro la zona posta in prossimità del magnete o del filo in cui passa la corrente. L intuizione di Faraday, ripresa e formalizzata da William Thomson (Lord Kelvin) e poi da Maxwell, porta al concetto di campo elettromagnetico. Negli anni successivi l italiano Macedonio Melloni dimostra che il calore radiante (infrarosso) e la luce sono fenomeni correlati (1835) e lo stesso Faraday scopre l effetto magneto-ottico (1845), che contribuisce a rafforzare l idea di una stretta relazione fra luce ed elettromagnetismo. Fra il 1865 e il 1873 Maxwell formalizza matematicamente questo insieme di dati sperimentali e ipotesi interpretative, deducendo le equazioni dell elettromagnetismo direttamente dalle equazioni fondamentali della meccanica in forma lagrangiana. La sua teoria afferma che l intensità di un onda luminosa è legata theoretical formulation of electrodynamics. This was followed in 1824 by the theoretical formulation of electrostatics by George Green. In 1821, German Johann Salamo Christoph Schweigger built an instrument that made it possible to measure the intensity of small electric charges, and named his multiplying galvanometer in honour of Galvani. In 1826, Georg S. Ohm formulated a relationship between voltage, current intensity and resistance in a circuit. This knowledge made it possible to build an electromagnet, which was soon used in the field of telegraphic applications. Antoine H. Becquerel, in his studies into electrical phenomena, succeeded in formulating a number of key electrochemical rules, and built an instrument (which he named amperometer in homage to Ampère) for measuring the intensity of an electrical current. The key transition for theoretical research into electromagnetism and the development of electrical applications were the experiments conducted by English physicist Michael Faraday in Faraday discovered electromagnetic induction by working from his conviction that if electricity generates magnetism, magnetism must be able to generate electric currents. In the first of his key experiments, Faraday wrapped two coils of insulated wire around an iron ring: one coil was powered by a battery (the primary circuit), while the other ended in a current meter (the secondary circuit); Faraday discovered that the electromotive force induced in the secondary circuit depended upon the number of loops on the two coils, and that this device could be used to transform low-voltage current into highvoltage current and vice versa, making it the prototype for the transformer. In Faraday s second experiment, he added a magnet to one of the coils. As soon as the magnet was pushed or pulled from the coil, a

15 Esperimento sull induzione elettromagnetica di Michael Faraday, Sotto, il fisico inglese. Michael Faraday s electromagnetic induction experiment, Below, the English physicist. 13 all ampiezza di oscillazione del campo elettrico e del campo magnetico di essa, mentre il colore è legato alla frequenza dell oscillazione stessa. Il grande fisico scozzese formula così un ipotesi fondamentale, di portata rivoluzionaria per la fisica ottocentesca: le vibrazioni della luce e le correnti elettriche sono fenomeni correlati, e le onde elettromagnetiche si possono propagare nello spazio con una velocità così prossima a quella della luce che abbiamo buoni motivi per concludere che la luce stessa (e così il calore radiante e altre radiazioni) sia una perturbazione elettromagnetica che obbedisce alle leggi dell elettromagnetismo. La previsione di Maxwell sulla propagazione delle onde elettromagnetiche sarà confermata sperimentalmente da Heinrich R. Hertz una ventina di anni dopo. current flowed around the circuit. Building on this observation, Faraday speculated that the space between electrical or magnetic bodies is full of lines of force, which may be observed by sprinkling iron filings on the area around the magnet or the wire through which the current passes. Faraday s intuition, which was developed and formalized by William Thomson (Lord Kelvin) and later Maxwell, led to the concept of electromagnetic fields. Subsequent to this, Macedonio Melloni of Italy proved that radiant heat (infrared) and light were related phenomena (1835). In 1845, Faraday discovered the magneto-optic effect, which helped to cement the idea of the close bond between light and electromagnetism. Between 1865 and 1873, Maxwell mathematically formalized this collection of experimental data and

16 Dalla curiosità alle prime applicazioni From Curiosity to Early Appliances 14 Le prime applicazioni industriali Le equazioni di Maxwell permettono di trattare, con lo stesso formalismo matematico, l elettrostatica, la magnetostatica e l elettrodinamica, e hanno validità generale. Esse possono essere usate per risolvere qualunque problema elettrico, dal calcolo del traferro di un motore elettrico al progetto di un antenna. I campi elettromagnetici si propagano nello spazio vuoto alla velocità della luce, o in presenza di altri materiali a velocità inferiori ma sempre pari a sue frazioni significative: su questo si basa la trasmissione elettrica a distanza di segnali, dati e informazioni con la massima velocità fisicamente possibile. Dal punto di vista applicativo, comunque, il passo fondamentale è l induzione elettromagnetica scoperta da Faraday: su questo si basano sia la realizzazione delle elettrocalamite, impiegate per realizzare relè, campanelli elettrici, telefoni e telegrafi tipo Morse, sia il rocchetto di Ruhmkorff (1851), che rimane per più di mezzo secolo l unico dispositivo in grado di generare tensioni periodiche elevate, ed è determinante per lo sviluppo delle ricerche sulla scarica nei gas rarefatti e sulle onde hertziane, da cui prenderanno avvio, tra l altro, gli sviluppi della telegrafia senza fili. La svolta applicativa negli studi elettrici è poi intrinsecamente legata anche allo sviluppo di due tipi di apparati elettrochimici: le pile, che utilizzano reazioni chimiche per la produzione di elettricità, e che conoscono un intensa e ininterrotta evoluzione da Volta ai giorni nostri, e le celle elettrolitiche, la cui storia incomincia, di nuovo, con Faraday. In effetti, la formazione di quest ultimo, come già quella di Volta, era una formazione chimica: a questo straordinario sperimentatore si doveva già, Benjamin Franklin. La sua notorietà rimane legata all invenzione del parafulmine. In realtà, oltre che filosofo, letterato e politico, fu un ricercatore di genio che in misura decisiva diede impulso alla conoscenza e alle applicazioni di quella che è l energia del nostro secolo. Benjamin Franklin, who remains famous for inventing the lightning rod. In actual fact, as well as being a philosopher, a scholar and a politician, he was also a brilliant researcher who made a vital contribution to understanding electricity and its applications ever after. interpretive hypotheses, deducing the equations of electromagnetism directly from the basic equations of Lagrangian mechanics. Maxwell s theory states that the intensity of a lightwave is associated with the breadth of oscillation in its electrical and magnetic fields, where the colour is associated with the frequency of the oscillation itself. The great Scottish physicist formulated a key hypothesis which was revolutionary in 19 th century physics: vibrations in light and electrical current were identical phenomena, and electromagnetic waves could be sent through space at a speed so close to the speed of light that we have good reason to conclude that light itself (and, it follows, radiant heat and other radiations) are an electromagnetic disturbance that obeys the laws of electromagnetism. Maxwell s prediction on the propagation of electromagnetic waves was to be confirmed experimentally by Heinrich R. Hertz twenty years later. Early Industrial Applications Maxwell s equations adopted the same mathematical formalism to handle electrostatics, magneto-statics and electrodynamics, and remain generally valid. They may be used to resolve any electrical problem, from calculating the air gap in

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18 Dalla curiosità alle prime applicazioni From Curiosity to Early Appliances 16 nel 1825, la scoperta del benzene. Lo studio dei problemi che l interpretazione dei fenomeni elettrici poneva, dopo il 1831, porta Faraday a considerare in modo unitario classi di conoscenze provenienti sia dalla fisica che dalla chimica: ciò lo spinge, subito dopo gli esperimenti del 1831, a dedicarsi allo studio dell elettrolisi, cioè della scomposizione di reagenti (elettroliti) in particelle elettricamente cariche, in seguito al passaggio di corrente fra due elettrodi immersi in una soluzione opportuna. Nel giro di un anno Faraday arriva per questa via a formulare la legge sulle azioni elettrolitiche che porta il suo nome, e a dimostrare sperimentalmente che la corrente elettrica ha la stessa natura quale che sia la fonte di generazione: pile, macchine elettrostatiche, induzione elettromagnetica. Il campo di ricerca è talmente nuovo che per descrivere i suoi esperimenti il chimico-fisico inglese è portato addirittura a introdurre una nuova terminologia (poi consolidata e in uso ancora oggi), valendosi della consulenza di William Whewell: ione, anodo e catodo. Inoltre, mettendo in relazione fenomeni elettromagnetici e fenomeni elettrolitici Faraday pone le basi per an electrical motor to designing an aerial. Electromagnetic fields propagate in a vacuum at the speed of light, or in the presence of other materials at slower speeds which are nevertheless equal to significant fractions: the remote electrical transmission of signals, data and information at the highest speeds physically possible are all based on this. As far as applications are concerned, Faraday s discovery of electromagnetic induction proved to be the turning point. This discovery made it possible to build an electromagnet, which was then used to make relays, electric ringers, phones and Morse-type telegraphs, as well as the Ruhmkorff coil (1851). For over half a century, this was the only device capable of generating high voltage pulses, which was vital to the evolution of research into discharges in rarefied gases and Hertzian waves and which, among other things, would ultimately lead to the development of wireless telegraphy. The turning point for the application of research into electricity was intrinsically bound up with the development of two types of electrochemical apparatus: batteries, which use chemical reactions to generate electricity, and which have followed a concerted and uninterrupted path of evolution from Volta to the present day, and electrolytic cells, the history of which once more commenced with Faraday. Indeed, a chemical formation lay at the heart of this new development, as it had done with Volta, after this extraordinary experimenter had discovered benzene in When studying the problems generated by his interpretation of electrical phenomena after 1831, Faraday began to Alessandro Volta e la pila. Alessandro Volta and the battery.

19 una doppia e importantissima evoluzione degli studi elettrici: da un punto di vista teorico, l elettricità diventa la base di una fenomenologia sterminata che alimenta le ricerche sulla struttura della materia; dal punto di vista applicativo, l elettrolisi diventa fin da subito la base per attività industriali gravide di implicazioni economiche, come la scomposizione dell acqua in idrogeno e ossigeno, e la galvanoplastica, cioè il deposito di patine metalliche sugli oggetti mediante un procedimento elettrochimico (doratura, argentatura, cromatura, zincatura, nichelatura, ecc.). La galvanoplastica, oltretutto, ai suoi esordi offre un campo di sfruttamento economico dell elettricità che porta alla costruzione di impianti per la produzione di corrente presso gli stabilimenti industriali che svolgono questo genere di attività. Ma il primo e più importante settore applicativo che si sviluppa negli anni Trenta dell Ottocento è la telegrafia elettrica, con cui la trasmissione a distanza di messaggi compie un enorme salto di qualità sostituendo le tecnologie elettriche a quelle ottiche del telegrafo di Chappe. Le premesse tecnico-scientifiche del telegrafo elettromagnetico sono la pila di Volta, l esperienza di Oersted, e il galvanometro moltiplicatore di Schweigger. I primi modelli di telegrafo elettromagnetico sono realizzati da Carl F. Gauss e Wilhelm Weber a Gottinga nel 1833, e dal russo P. Schilling nel Un altro modello, che si impone subito in area britannica, è il telegrafo ad aghi di William F. Cooke e Charles Wheatstone, del 1837: il primo apparato viene messo in uso sulla linea Paddington-West Drayton nel La successiva versione a uno e due aghi del telegrafo Cooke-Wheatstone, del 1842, soppianta presto il modello a 5 aghi, nonostante abbia bisogno di un operatore specializzato, per i minori costi di impianto e la maggior velocità. hypothesize that branches of knowledge from physics to chemicals were part of a single framework. Immediately after his 1831 experiments, Faraday dedicated himself to studying electrolysis, that is to say, the decomposition of reagents (electrolytes) into electrically-charged particles in a solution or in a melted state, following the passage of current between two electrodes. Within a year, Faraday managed to formulate his laws on electrolysis (which are named after him), and experimentally demonstrate that electrical current maintains the same nature regardless of whether it is generated by batteries, electrostatic machines, or electromagnetic induction. This field of research was so new that in order to describe his experiments, the English chemist/physicist had to introduce new terminology (later consolidated, and in use to this day). After consulting William Whewell for advice, Faraday coined the words ion, anode and cathode. Moreover, by relating electromagnetic and electrolytic phenomena to one another, Faraday paved the way for two enormously important developments in the study of electricity. From a theoretical standpoint, electricity became the foundation of a vast phenomenology that fed research into the structure of matter, while from an applied point of view, electrolysis immediately became the basis for industrial operations that were to have enormous economic implications, from decomposing water into hydrogen and oxygen, to galvanoplastics, the application of a metal patina to objects via an electrochemical process (gold plating, silver plating, chrome plating, zinc plating, nickel plating, etc.). Early galvanoplastics was ripe for an economic exploitation of electricity that led to the construction of powergeneration units at industrial plants where such 17

20 Dalla curiosità alle prime applicazioni From Curiosity to Early Appliances 18 Questi sono anche i motivi della sua diffusione internazionale, al di là dei confini dell impero. Il telegrafo elettrico più diffuso è però quello messo a punto negli Stati Uniti da Samuel Morse, anch esso sperimentato per la prima volta intorno al Il sistema Morse riscuote all inizio poca attenzione, sia in patria sia in Europa (dove Morse lo presenta nel 1839) finché nel 1843 la sua importanza non viene riconosciuta dal Congresso americano, che nel 1844 finanzia l effettuazione di un esperimento dimostrativo tra Washington e Baltimora. Il successo della dimostrazione porta alla definitiva adozione del sistema negli Stati Uniti; in seguito, come è noto, esso si afferma in tutto il mondo. Nell apparato ideato da Morse il ricevitore è costituito da una penna che scorre su un rullo di carta, che si srotola a velocità costante, lasciando un segno più o meno lungo (un punto o una linea); la penna viene messa in moto da un elettromagnete, azionato a sua volta dal tasto del trasmettitore che chiude e apre il circuito. Nel modello del 1846 vengono introdotti un relè, che permette di ritrasmettere i messaggi estendendo l area di trasmissione, e il famoso codice di segnalazione a linee e punti. Il codice Morse, grazie activities were carried out. However, the first and most significant field of application to develop in the 1830s was electric telegraphy: long-distance message transmission took a huge leap forwards as electric technology substituted the optical technology that Chappe adopted for his telegraph. The technical and scientific foundations of the electromagnetic telegraph were Volta s battery, Oersted s experiments, and Schweigger s multiplying galvanometer. The earliest electromagnetic telegraphs were made by Carl F. Gauss and Wilhelm Weber in Gottinghen in 1833, and by P. Schilling of Russia in A competing model, which was adopted widely across the British sphere of influence, was William F. Cooke and Charles Wheatstone s needle telegraph (1837): the first device went into service on the Paddington- West Drayton line in The later one-and twoneedle implementation of the Cooke-Wheatstone telegraph (1842) soon replaced the five-needle model, despite the fact that it required a specialist operator, owing to its lower equipment costs and higher speeds characteristics that explained why it became popular internationally, and spread beyond the borders of the Empire. The most widely-adopted electric telegraph, however, was Telegrafo Morse a stampa elettrica, 1882 circa. Veduta frontale dello strumento in cui si riconosce il rotolo di carta su cui venivano stampati i messaggi. Al punto A si trova la chiave di trasmissione, al D le batterie che producono energia. A Morse telegraph with electric printing, ca A front view of the device, showing the roll of paper on which messages were printed out. A indicates the transmission key, and D the power-generating batteries.

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