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Oggi ricordiamo il 270° anniversario della nascita di Alessandro Volta, famoso fisico il cui volto era presente sulla vecchia buona banconota da diecimila lire.

Alessandro Volta

Alessandro Volta (Como 1745-1827) fu un fisico italiano, da cui prese il nome l’unità di misura della differenza di potenziale elettrico, il volt. Di nobile famiglia, Volta ricevette un’educazione umanistica, ma cominciò sin dalla prima giovinezza a compiere esperimenti scientifici. Divenuto professore di fisica alla Scuola Reale di Como nel 1774, l’anno seguente progettò l’elettroforo, un apparecchio che generava cariche di elettricità statica. Dal 1776 al 1777 si dedicò alla chimica, studiando l’elettricità nell’atmosfera e conducendo esperimenti per provocare l’accensione dei gas mediante una scintilla elettrica contenuta in un recipiente chiuso. Nel 1779 divenne professore di fisica sperimentale all’Università di Pavia, di cui divenne rettore nel 1785. Volta si dedicò in quell’epoca soprattutto allo studio dei gas, identificando il metano, ma nel contempo proseguì le sue ricerche sull’elettricità introducendo la nozione di ‘tensione elettrica’.

In questo dipinto conservato presso il Museo di Storia della Scienza di Firenze, il fisico Alessandro Volta è rappresentato mentre illustra all’Accademia Francese la pila da lui stesso costruita. Tale apparecchio, costituito da lastre di ferro e zinco alternate e immerse in una soluzione salina, rappresentò una importante scoperta nello studio dei fenomeni elettrici.

Nel corso di una disputa sull’origine dei fenomeni elettrici intrattenuta con l’abate Luigi Galvani, lo scienziato mise a punto la cosiddetta ‘pila di Volta’, una sorta di antenata della batteria elettrica, composta di una serie di piastre di ferro e zinco alternate con pezzi di stoffa imbevuti di una soluzione salina, che produceva un flusso di elettricità costante. In onore delle sue ricerche nel campo dell’elettricità, Napoleone lo nominò conte nel 1801.

Approfondimenti

Pile e accumulatori

Le pile sono dispositivi elettrochimici capaci di trasformare energia chimica in energia elettrica. Sono utilizzati come generatori di elettricità, ad esempio per alimentare strumenti meccanici o elettronici quali registratori, apparecchi radio e orologi o per avviare l’impianto elettrico delle automobili.

Le pile propriamente dette sono irreversibili, in quanto soggette a esaurimento: dopo la trasformazione dell’energia chimica in energia elettrica, infatti, i componenti di tipo chimico non possono essere riportati nella loro condizione originaria. Gli accumulatori, invece, sono reversibili: facendo fluire corrente elettrica in senso opposto a quello del normale funzionamento, infatti, il sistema chimico può essere riportato allo stato iniziale.

Il primo modello di pila elettrica fu ideato e costruito da Alessandro Volta nel 1800. Era sostanzialmente una successione di elementi voltaici impilati (da cui il nome di pila), ciascuno dei quali costituito da un disco di zinco, uno di rame e da un panno imbevuto di acqua acidulata. L’alternanza di conduttori di prima e di seconda specie (metalli e soluzioni elettrolitiche) garantiva l’insorgenza di una differenza di potenziale ai capi della pila, in accordo con le leggi di Volta e l’Effetto Volta.

Effetto Volta

L’Effetto Volta è un fenomeno fisico che consiste nell’insorgenza di una differenza di potenziale elettrico in corrispondenza della giunzione tra due conduttori diversi posti a contatto. L’effetto prende il nome dello scienziato italiano Alessandro Volta, che lo osservò e lo descrisse intorno al 1800.

La spiegazione fisica dell’effetto Volta coinvolge il concetto di lavoro di estrazione: come è noto, per estrarre un elettrone da un metallo è necessario fornire dall’esterno un valore minimo di energia, specifico per il particolare metallo considerato. Quando vengono posti a contatto due metalli con lavoro di estrazione diverso, gli elettroni di conduzione del metallo con lavoro di estrazione minore tendono a passare nel metallo adiacente. Si viene così a creare uno squilibrio tra le cariche dei due metalli, e quindi una differenza di potenziale. Quantitativamente, questa differenza di potenziale risulta pari alla differenza (espressa in volt) tra i valori del lavoro di estrazione per i due metalli considerati. Così, in corrispondenza della giunzione tra un filo di zinco (lavoro di estrazione = 3,4 eV) e un filo di rame (lavoro di estrazione pari = 4,4 eV), la differenza di potenziale che insorge per effetto Volta è di 1 V.

Leggi di Volta

Alessandro Volta formalizzò le sue scoperte enunciando tre leggi empiriche: la prima afferma appunto che, ponendo a contatto due metalli diversi mantenuti alla stessa temperatura, si ottiene una differenza di potenziale elettrico che non dipende dall’area di contatto e dalla geometria dei due metalli, ma solo dalla loro natura chimica.

La seconda legge estende il ragionamento al caso di un contatto tra più metalli in serie: in questo caso, la differenza di potenziale ai capi della serie di conduttori dipende soltanto dalla natura chimica dei due metalli estremi e non viene minimamente influenzata dalla presenza degli altri metalli intermedi; così, se i due metalli estremi sono della stessa natura, la differenza di potenziale ai capi della catena di conduttori è nulla.

La terza legge completa il quadro prendendo in considerazione anche conduttori diversi dai metalli, come le soluzioni elettrolitiche: secondo questa legge, ai capi di una serie di conduttori che inizi e finisca con lo stesso metallo, insorge una differenza di potenziale soltanto se nella serie è compreso anche un conduttore di tipo elettrolitico.