Sviluppo dell’Elettrotecnica nell’Ottocento e sue applicazioni alle macchine elettriche

Acquista cosa nella tua gioventù
che ristori il danno della tua
vecchiezza.
E se tu intendi la vecchiezza avere
per suo cibo la sapienza,
adoprati in tal modo in gioventù,
che a tal vecchiezza
non manchi il nutrimento.

Leonardo

 

La nostra presentazione sarà un po’ fuori dagli schemi…

Pur essendo di “Storia”, o forse proprio per questo, si guarderà bene dallo snocciolar date, ma si porrà invece, fin da subito, un ben più ambizioso obbiettivo:

  • Cercare di evidenziare nell’Elettrotecnica la sua matrice maxwelliana;
  • Identificare la sua storia con le vicende che hanno caratterizzato la definizione del suo ruolo postmaxwelliano;
  • Evidenziare l’influenza di tale valenza maxwelliana sui vari risultati ottenuti;

Procederemo dunque secondo i seguenti punti:

  • Rapida giustificazione della necessità dello studio della storia e dell’episteme in un percorso di educazione-formazione superiore;
  • Evidenziazione della matrice maxwelliana nella storia della teoria delle reti e in quella dei circuiti magnetoelettrici;
  • Storia, compendiosa dei contributi italiani, delle macchine elettriche.

Che cosa sia una macchina elettrica ognun lo sa: Qualche circuito, un po’ di ferraglia, una frittura di variabili lagrangiane da usare col principio dei lavori virtuali, l’impiego rassicurante, qui a Bologna con il Prof. Basile, del Principio di Le Chatelier.

Il resto viene da sé:

  • Il mutuo accoppiamento
  • L’importanza del secondario
  • Il tensore degli sforzi

Agli Allievi Ingegneri, del Politecnico Federale di Zurigo Letteratura Italiana era insegnata nientemeno che da: Francesco de Sanctis.

Ancor oggi, una lapide posta fuori dal suo studio ammonisce con le seguenti parole:

Prima di essere ingegneri voi siete uomini.

Quasi a ricordare che in un Centro di Educazione Superiore la Conoscenza non può che essere trasversale e multiforme.

Dopo tutto, fatto salvo il suo Genio, la “singolarità” di James Clerk Maxwell fu proprio questa:

  • Nel biennio ad Edimburgo si formò soprattutto in Filosofia con Hamilton;
  • Nel biennio a Cambridge si formò soprattutto in Fisica Matematica con Stokes.

Del resto, non a caso, ad Edimburgo, in India Street, la targa che lo ricorda recita:

Natural Philosopher

Vedremo, in seguito, che questo fu il caso dei massimi elettrotecnici della Storia dell’Ingegneria Elettromagnetica Da Ferraris, che ebbe l’idoneità a Matematica a Steinmetz, che studiò Matematica e finì ad insegnare Relatività, da Slepian, che si laureò in Matematica negli USA ed in Filosofia alla Sorbonne, al grande Gabriel Kron, che si laureò in Matematica.

Viene quasi da citare la frase di Francesco Brioschi, il grande matematico fondatore del Politecnico di Milano:

non impediamo alle aquile di volare alto

Ma torniamo, magari anche solo per un attimo, a Bologna. Proprio qui, esattamente 101 anni fa, accadeva qualcosa che oggi ci può essere di grande insegnamento. E magari anche di stimolo. Sì, di stimolo, perché, a parte le apparenze, oggi certe cose non sono affatto cambiate.

Scientia (1907-1988) : Federigo Enriques, Eugenio Rignano. Il brutto anatroccolo della cultura italiana.

Un caso tristemente esemplare per la Cultura Italiana. Concepita a Bologna da: Federigo Enriques (il grande matematico epistemologo e storico della Scienza) e da Eugenio Rignano (ingegnere, filosofo e psicologo), essa fu stampata a Milano con la precisa aspirazione di puntare alla trasversalità della Cultura.

Incredibilmente, essa fu duramente avversata – e sconfitta…- da Croce e Gentile, proprio per la sua scelta esplicita di tendere consapevolmente alla trasversalità ed all’unità della Cultura. Oggi, per capire il livello di ottusità di quel pernicioso atteggiamento, può bastare l’elenco dei collaboratori della Rivista:

Tra gli Italiani: i matematici: V. Volterra, G. Peano, G. Vailati, G. Castelnuovo, S. Pincherle; i fisici: E. Amaldi, E. Fermi ed E. Persico; il biologo: C. Golgi.

Tra gli stranieri poi: S. Arrhenius, W. Ostwald, B. Russell, P. Langevin, H. Becquerel, J.J. Thompson, E. Rutherford, H. Lorentz, S. Freud, H. Poincare’, E. Borel, E. Picard, E. Mach, A. Einstein, M. Debroglie, A. Eddington, C. Fabry, W. Heisenberg.

Nonchè i fondatori stessi del Circolo di Vienna: R. Carnap, O. Neurath, P. Frank.

Ma non ci fu proprio nulla da fare. E la sconfitta, proprio perché si cercava di negare la voluta e pretesa partizione delle due “distinte culture”, fu durissima. Gentile mise le mani sulla scuola, Croce fu il punto di riferimento della cultura italiana, Enriques restò relegato nel mondo accademico;
Scientia continuò la sua traiettoria, fino alla sua chiusura, nel 1988, nella totale indifferenza della “Cultura” italiana.

Ma riferiamoci, anche solo per un istante, al pensiero di Ludovico Geymonat:

In tempi recenti si è manifestata una diffusa tendenza a relegare la filosofia entro i problemi dell’anima lasciando alla scienza la responsabilità di far progredire la nostra conoscenza del mondo, quasi che i due compiti siano separabili l’uno dall’altro.

Noi siamo fermamente convinti che questo modo di procedere sia in aperto contrasto con lo sviluppo più significativo del pensiero antico e moderno, e stia proprio alla radice della grave crisi da tutti denunciata nella cultura odierna: tanto in quella cosiddetta umanistica (che in pratica ignora Maxwell, Einstein, Plank, come fino a qualche tempo fa ignorava Newton, se non Galileo), quanto in quella specificamente scientifica (che spesso si trova ad adoperare i risultati delle scienze senza sapere e senza chiedersi da quali travagli culturali siano nati).

Analoghe considerazioni valgono per la Storia. Se è quanto mai difficile pensare a:

  • una grammatica latina che prescinda dalla storia di Roma;
  • un’analisi della Divina Commedia non ricondotta allo studio di Dante e del suo tempo.
  • uno studio di Picasso compiuto prescindendo da Giotto.

Lo stesso si può ( e si deve) dire per la Scienza. e magari per la Tecnica. Non si vede, e di fatto non c’è, ragione perché, a livello di Formazione ed Educazione Superiore:

  • La scoperta del campo elettromotore voltiano non sia parallelamente vista anche nell’ottica della transizione dall’Illuminismo al Romanticismo;
  • La Dynamical Theory sia invece decontestualizzata dal quella triplice alleanza spazio-tempo-materia che, proprio negli anni della sua elaborazione, di fatto angustiava il pensiero occidentale;

La teoria dei circuiti non sia correttamente vista per quello che di fatto è: il passaggio dall’azione per contatto ad un’azione a distanza, a priori illegittima e metafisica, in quanto: «Nihil agit in distans nisi prius agit in medium»

Secondo un animismo, proprio del riduzionismo meccanicista, per il quale, in accordo con la Dynamical Philosophy scozzese, tutto – anche lo spazio vuoto – è riconducibile ad inerzia ed elasticità.

Il che conduce al riduzionismo circuitista, per il quale si pensa a priori lo spazio vuoto – quale assenza di materia , ma non di proprietà fisiche – in termini di induttanze e capacità.

Le equazioni di Maxwell Sono del tutto estranee al meccanicismo del vortice molecolare che verrebbe interpretarle meccanicisticamente:

La moderna ingegneria elettromagnetica scientifica viene erroneamente e superficialmente vissuta come a sé stante e non, quale realmente di fatto è,
come l’ esito, preciso e documentabile, della progressiva maturazione di una sensibilità postmaxwelliana.

Hopkinson, Heaviside, Flaming, Poynting, Thomson, Al pari di:, Mac Donald che seppe generare la potenza in alternata sfruttando la radice quadrata di -1.

Sono postmaxwelliani a pieno titolo anche: Con Steinmtez, il fisico matematico che decise di diventare il primo ingegnere elettromagnetico scientifico,

Una particolare menzione va fatta, proprio in questa occasione, ai tre seguenti studiosi dell’ Ateneo Bolognese: Luigi Donati, Giuseppe Sartori, Dario Graffi.

La Storia dell’Ingegneria Elettromagnetica non può dunque essere vista come un dilettantistico e sterile elenco di date e di curiosità inattese, volta più che altro a stabilire in modo autocelebrativo «che cosa già sia stato fatto e cosa ancora resti da fare».

Deve essere invece rigorosamente contestualizzata nella Dynamical Theory maxwelliana che ne costituisce a tutti gli effetti la matrice.

La storia dell’Ingegneria Elettromagnetica è la storia della definizione dei suoi rapporti con la Teoria Maxwelliana da cui proviene e rispetto alla quale costituisce la progressione applicativa.

Come tale, il suo studio assume una grande rilevanza metodologica e formativa: Quella di precisare quale sia il ruolo dell’Ingegnere Elettromagnetico rispetto al Fisico Matematico. Non a caso il primo ed il più grande ingegnere elettrotecnico della Storia, Charles Proteus Steinmtez, laureato in matematica a Zurigo, fu definito il «fisico matematico che decise di diventare ingegnere».

Delineare il preciso ruolo postmaxwelliano dell’Ingegnere Elettromagnetico significa dunque, avvalendosi del parallelo supporto della Storia e dell’Epistemologia, precisare la posizione in cui egli, a livello di analisi e di sintesi dei componenti, culturalmente si colloca.

Così da consentire agli Allievi, acquisendo essi chiara consapevolezza della loro posizione culturale nei riguardi dei Matematici e dei Fisici, di avere la chiara percezione dei propri speroni d’argento.

Provate a farne a meno, se ci riuscite. La storia dell’ingegneria elettrica è la storia della sofferta definizione del proprio approccio circuitale e campistico.

Valendo la relazione:


Le nozioni preliminari richiamate consentiranno di sintetizzare, sempre in senso postmaxwelliano, il percorso evolutivo seguito dalla teoria delle macchine elettriche.

Partiamo allora velocemente dalla teoria dei circuiti. Il problema non è certo di poco conto se, ancora negli anni ’50 del Novecento, Moon & Spencer potevano affermare che:

Traditional training in electrical engineering emphasizes Circuit Theory. Even where the phenomena have little or no similarity to circuit phenomena, the attempt is usually made to force the problem into the Prucrusterian bed of circuit theory, as in the treatment of magneic “circuit” and the thermal “ circuit”. Field theory, a powerfull tool in the handling of problems in physics and engineering, has often been regarded as too abstruse for the engineer. But modern developments in science and industry have changed these ideas and have emphasized the desiderability of training in field theory for both physicist and engineer, even at undergraduate level. As long as electrical applications dealt with direct currents or with altrnating currents at power frequencies, the circuit approach was satisfactory for most purposes. But as frequencies were raised and as importance of radio and radar increased, lumped-circuit theory became increasingly inadequate and the need arose for a more basic tratmentof electrodynamics. Such a basic treatment is given by Maxwell’s equations.

Perry Moon and Domina Spencer

E se, di rincalzo, solo qualche anno prima, Gabriel Kron in persona se la sentiva di affermare che:

The terminology and presentation of many engineers actually assumes that electricity may be transported across a network as if it were a package of merchandise…Nor one of the writers on the graph theory of networks ever stops for a minute to ask the key question: In what truly basic respect does an electric network differ from the large variety of non electric networks? Even a layman feels instinctively that transporting electric current across a network requires a different mechanism from transporting a package of butter across the same network. An electric network differs from all other types of non-electric network in that an electric network is always sorrounded by a dynamic electromagnetic field of its own creation extending to infinity in all directions. Gabriel Kron, Tensors analysis of network,

MacDonald, London, 1964

Un problema, assimilato ad un «procusterian bed» che, quasi- insolubile, era dunque ancora sul tappeto, ma che, di fatto, affondava le proprie radici in un passato quanto mai lontano.

Tutto era iniziato con il campo elettromotore voltiano, la cui scoperta:

  • Aveva confermato la fecondità dell’approccio della filosofia naturale tedesca ed aveva smentito invece quello dell’Ecole
  • Aveva nel contempo reso possibile la conduzione stazionaria…

La misura dei tensiometri non dipendeva dal percorso dei cordoni; Lungo il conduttore la corrente misurata dai reometri restava immutata di sezione in sezione; Anche se vissuti come principi, la legge delle maglie e degli insiemi di taglio (i principi di Kirchhoff) davano un contributo risolutivo all’analisi di rete; Il prodotto VI faceva tornare i conti a livello energetico

Indagando su tali apparecchiature: Tutto, miracolosamente, tornava, e l’approccio empirico più brutale andava comunque bene. In tali condizioni, un insieme qualunque di componenti costituiva a priori un circuito elettrico.

lo spazio era geometrico e non fisico: ridotto a semplice contenitore di corpi solcato a velocità infinita da linee di forza, non risultava dunque compromesso con l’evento; le sue proprietà dinamiche non andavano pertanto indagate; l’approccio poteva essere particellare e dunque governato da equazioni ordinarie; il tracciamento dei campi risultava del tutto inessenziale.

Furono quelli, infatti, gli anni del trionfo dell’ardimento e della concretezza dell’ingegnere faber. Supportati da un generoso quanto “fortunato empirismo”, agguerriti manipoli di ingegneri faber, armati di strumenti di misura, aggredirono – e sapientemente indagarono – i circuiti.
Recando in tal modo contributi cruciali, in tal modo, la teoria delle reti ( in un mondo nel quale ogni insieme di apparecchiature tra loro
connesse costituiva di per sé un circuito) fu bella che pronta.

Una teoria che però, a conti fatti, era:

  • Descrittiva e non esplicativa
  • Agnostica
  • Quasi un insieme di ipotesi ad hoc legate al risultato che si vuol ottenere….

Ma con il vantaggio innegabile di poter totalmente ignorare le equazioni di Maxwell.

E così avveniva anche per la potenza. La quale, come le misure ed il calcolo mostravano, con buona pace di un principio di conservazione da poco enunciato, aveva la delicatezza di conservarsi.

Anche se, per la verità, a molti – ma non era questo certo il caso degli ingegneri faber – non sfuggivano le difficoltà concettuali da superare per attribuire al segno della misura di un wattmetro un “senso di trasmissione della potenza misurata”….

Era il trionfo della corrente di conduzione! Meccanicisticamente parlando, del trasporto netto di materia…

Ora, però, al trasporto netto, di facile lettura meccanicistica

Con il passaggio al regime variabile si veniva ad aggiungere, vuoto compreso…, una non meglio identificata deviazione dello stato naturale di riposo…

Con tutte le implicazioni del caso a livello energetico…

Componenti circuitali compresi

Inizialmente, con le frequenze basse, i conti, magari grazie a robuste dosi di fortunato empirismo e di “ingenuo ottimismo”, tornavano. Certo si trattava di un approccio descrittivo e non esplicativo, ma, con qualche buona volontà, i conti, alla fine, si accordavano con l’esperienza…

 

Ma, col crescere della frequenza, le cose proprio non sembravano più tornare… E la teoria delle reti, agnostica e volutamente tenuta estranea alla Dynamical Theory, non poteva certo aiutare gli ingegneri faber del momento.

Due saranno gli eventi che, in ambito circuitale, decreteranno il passaggio definitivo, in senso maxwelliano, all’ingegneria scientifica.

L’affrontarli segnerà il passaggio, in Fisici Matematici ambito elettromagnetico, dall’ingegnere faber all’ingegnere sapiens. Ingegneri Il che segnerà la
nascita dell’ingegneria scientifica.

Il primo si riferisce all’ esperimento di Hertz sulla verifica sperimentale dell’esistenza delle onde elettromagnetiche. Le critiche di Poincarè, legate all’uso improprio che Hertz fece dell’integrale di Neumann nel calcolo della frequenza naturale, furono terribili e costituirono una seria minaccia per l’intera struttura elettromagnetica…

Ne seguì la lettera di Heaviside ad Hertz nella quale già si configura il concetto di regime quasi-stazionario.

Grazie ad Heaviside, la teoria delle reti, e di riflesso l’ingegneria, cessò di essere descrittiva ed iniziò a diventare esplicativa.

Non fu difficile allora, ragionando sui potenziali ritardati e sulla topologia-tipologia dell’approccio associato ai grafi, capire che il particellare, e con esso i circuiti e i modelli differenziali ordinari, fossero solo la teoria del I ordine del continuum e dunque delle equazioni alle derivate parziali.

La soluzione generale è così espressa:


Sviluppando in serie di potenze si vede che il potenziale attuale costituisce solo il primo addendo

Da quel momento fu possibile, con la nozione di regime quasi-stazionario, parlare delle condizioni di Max Abraham che ne sono espressione.

Si parla di elemento bipolare e di bipolo in senso elettrico all’interno del quale, con un’operazione detta di contenimento, i problemi dell’etere, se così è lecito dire, sono circoscritti all’interno della frontiera elettromagnetica del componente.

Che però dà i suoi frutti… Con un approccio agnostico in quanto di tipo integrale.

Heaviside: analisi agli anelli

Steinmetz: circuiti di elettronica di potenza

Regime quasi stazionario ed approccio circuitale divengono sinonimi. In seguito ci saranno i contributi di Steinmtez, di Carson, di Chu ed infine di Graffi. Ma intanto le cose già tornano… Nel ’40, associate alle equazioni di Maxwell, compariranno le reti elettriche tridimensionali tensoriali di Kron

 

L’altro evento è di natura strettamente fondazionale e costituisce la “resa dei conti” finale. La separazione delle due letture campistica e circuitale porta a due approcci fondazionali apparentemente distinti.

La loro concettualizzazione portò alle due impostazioni seguenti:

  • Il metodo storico, Il fisico francesce Cornu propone di partire dalla bilancia di torsione, di arrivare alla Dynamical Theory e da questa, come sottocaso, ai circuiti
  • Il metodo logico, Il misurista inglese J. Perry propone invece di partire dalle grandezze integrali (tensiometro e reometro) e da queste risalire alle leggi di campo

Sotto l’aspetto fondazionale la situazione era assai complessa e l’episodio di cui nel seguito, relativo nientemeno che a Ferraris, ce ne dà una conferma.

La scienza europea, in piena crisi, decide di affidarsi a colui che in quel momento sembra saperla lunga più di ogni altro:

Giovanni Giorgi, ingegnere sapiens di 23 anni. Dopo matura riflessione, Giorgi, nell’aprile del 1894 pubblica su Electrician un articolo dal titolo “The foundations of electrical science” che può costituire il fondamento della moderna ingegneria elettromagnetica.

L’idea di Giorgi, in seguito ripresa da Bottani, stupirà lo stesso Feymann e sarà adottata da Karl Kupmüller e da Desoer- Kuh. Essa può sintetizzarsi con il seguente schema logico: Una scienza conclusa è riguardabile come una circonferenza. A livello espositivo la si può pertanto “tagliare” dove si vuole. Si può dunque partire dal pallino di sambuco e procedere verso le EDM ed allora si ha il metodo storico. Si può partire da tensiometro e reometro e procedere verso le EDM ed allora si ha il metodo logico

Ma dove il problema diviene più complesso e dove maggiormente si articola la transizione postmaxwelliana e con essa la definizione del moderno ingegnere scientifico è proprio, con l’analisi dei suoi campi, nel macchinnario elettrico.

La ragione è immediata e trova riscontro nella seguente semplice analisi:

Di norma si raccontano le amene curiosità e le stramberie dei primi trasformatoristi… Ma quella non è Storia della Scienza… E giustamente gli Allievi, che sono al parte sana, non ne provano interesse alcuno… Noi ora indagheremo invece la valenza postmaxwelliana del trasformatore; Tutt’altra cosa: storia ed episteme…

Misurandosi con le prime applicazioni magnetoelettriche e dovendo passare alla lettura elettrodinamica corrispondente:

la successione diviene la seguente:

  • lo scienziato
  • Il fisico matematico
  • lo scienziato inventore
  • Il fisico matematico che diventa ingegnere

In quegli anni sofferti ci fu chi: per esigenze legate al controllo del territorio, affermò che: «electrical engineering was born yesterday and had no long- standing tradition, no professional culture».

E chi, invece, dall’alto della propria Theoria ammonì che: «Attemps of ordinary mortals to do better than Maxwell did must discouraged. Let us follow Maxwell as long as we can, then, when someone is born who is more profound than Maxwell, we will bow him».

Ma ci fu anche chi, come Ferraris, guardando alle macchine degli ingegneri faber come ad un «insegnamento della disfatta», indagò le perdite per isteresi. E, da buon fisico matematico, le mise in conto, pur negando la non linearità, conteggiandone l’effetto con un ritardo equivalente.

Ci fu infine chi, come Steinmetz, pretese di risolvere i problemi ingegneristici con metodi ingegneristici: tanta fisica matematica ed altrettanti coefficienti correttivi desunti dall’esperienza. E nel farlo, osservò che:

«The theory of the transformer described a device that does not exist in practise, but merely haunts as a phantom transformers the text- books and mathematical treatise on transformers»;

«Most theories of the induction motor were written only by theorist who never constructed a motor themselves and who have never seen a motor taken apart»

«Phantom transmission lines circuit of uniformly distributed capacity and inductance was very different from the circuit existing in practice».

E litigando con Pupin che gli addebitava l’uso di occulti coefficienti correttivi di cui non sapeva giustificare la genesi. Senza l’intervento pacificatore di Kennelly sarebbero arrivati ai cazzotti. Pretese di risolvere i problemi ingegneristici con metodi ingegneristici!

 

Cogliamo dunque la transizione dalla fisica matematica di Maxwell alla fisica matematica che decide di diventare ingegneria di Steinmtez.

Come abbiamo già ricordato, un caso esemplare è costituito dal: trasformatore.

L’atto costitutivo della nascita della moderna ingegneria elettromagnetica scientifica è certificato dalla seguente magna charta:

Sono gli appunti originali di Ferraris sul trasformatore. Per la prima volta il “generatore secondario” è visto per quello che realmente è: un mutuo  induttore. Dopo venti anni di latenza in cui ingegneri faber hanno detto e fatto sull’ elettromagnetismo applicato le più innenarrabili nefandezze, un ingegnere sapiens, imprime una svolta: Il mutuo induttore era stato elaborato venti anni prima da Maxwell nella sua Dynamical Theory: Per la prima volta – con venti anni di ritardo – ci si rendeva conto che compito dell’ingegnere non è inventarne la teoria, il che spetta comunque al fisico matematico ed al fisico naturale, bensì acquisirla e da lì procedere in senso applicativo.

Per farlo, egli deve “solo” avere l’umiltà e la lungimiranza (nonché l’intelligenza e la preparazione…) di studiarsi a fondo la Dynamical Theory

E, una volta acquisite le equazioni di Maxwell, adoperarsi per farne una realtà quotidianamente possibile e concretamente utile.

Nel corso di questa fase evolutiva diviene sempre più percettibile la dicotomia tra:

  • L’ingegnere faber che, legato ad un immediatamente sensibile più vicino a Fourier che non a Laplace, nega tutto ciò che non capisce (praticamente il mondo intero…);
  • L’ ingegnere sapiens che, con ben altra levatura e consapevolezza, inizia invece a formarsi su Maxwell, Heaviside, Helmholtz (è il caso di Ferraris e di Steinmetz).

Era dunque il solito eterno discorso. Equivalenza agli effetti interni: chi era costei?

Esaminiamo dunque i “disegni postmaxwelliani” di Steinmetz:

 

 

da Maxwell-Ferraris
Steinmetz:

 

Acquisita, con Heaviside, la rete magnetica

Come si pone la rete elettrica?
E’ certo equivalente agli effetti esterni; Ed a quelli interni?

Avvolgimenti confrontabili (N1=N2):

Avvolgimenti non confrontabili (N1N2):

 

Il nuovo ethos scientifico, L’idea di Steinmetz, il fisico matematico di alto rango che pone la sua Theoria al servizio della tecnica.

Nella rete magnetica non compaiono né il numero di spire né la corrente, bensì il loro prodotto: la fmm. In un avvolgimento corrente e spire possono dunque essere cambiate in tutti i modi possibili a condizione che il loro prodotto, desunto integrando l’equazione quasi stazionaria di Maxwell roth=j, rimanga immutato.

Ne viene l’operazione di trasporto:

 


L’equivalenza magnetica interna è immutata; quella elettrica esterna è invece perduta e va pertanto ripristinata.

Il nuovo Ethos, dal fisico matematico all’ingegnere:

  • Modello valido agli effetti esterni: analisi e conseguente descrizione del come (il fisico);
  • Modello valido agli effetti interni: sintesi e conseguente approccio progettuale (l’ingegnere)

In tal modo ritornano però gli spettri del vortice molecolare:

  • La non univocità;
  • Il carattere euristico;
  • L’imitazione, ma non la rappresentazione.

le reti equivalenti agli effetti esterni sono infatti:

 

Ed alcune, pur con immutata equivalenza agli effetti esterni, negano  il grafo della rete magnetica originaria:

Ma già Steinmtez, nel 1907, in uno dei suoi testi più importanti: Si rende conto che le cose non sono così semplici come sembrano. In presenza di più correnti che eccitano il campo, il rispetto delle equazioni di Maxwell impone alla mappa del campo di variare con le correnti stesse. L’invarianza è possibile dunque solo nel caso del singolo induttore.

La “botta finale” arriverà nel 1930 con la complicità di una bobina di Helmholtz

Sarà il paradosso di Weber. A fronte di tali riserve, come già era accaduto con il vortice molecolare:

  • La messa in equazione veniva a costituire, già di per sé, la teorizzazione;
  • La rete elettrica, colta nella sua equivalenza agli effetti interni, cessa di essere , quale rappresentazione di un substrato non osservabile, un garante formale e si riduceva a costituire un supporto visivo per l’immaginazione: è l’approccio agnostico;
  • In altre parole, tutto avviene come già con le variabili lagrangiane, usate da Maxwell – in termini di vincoli anolonomi – e proprio per il mutuo induttore elaborato nella nella Dynamical Theory;
  • La teoria dei circuiti cessava di rappresentare il fenomeno riduzionisticamente, ma valeva in quanto tale.

Con il tempo, la rete avrebbe dunque assunto un ruolo diverso e sempre meno da protagonista. Passiamo ora alla storia delle macchine.

Tutto inizia quando si comincia a capire che il vapore non basta: E che al suo posto occorre far spazio all’elettricità: Vengono buoni gli esperimenti di Faraday. E la tecnologia se ne impadronisce; in fondo si tratta solo di passare dal traslatorio al più comodo rotatorio.

Il primo contributo serio è quello di Ampére-Pacinotti: il raddrizzamento meccanico.

 

Pacinotti è un fisico tecnologico della scuola di Pisa. Più vicino a Fourier (e dunque alla teoria analitica del calore) che non a Laplace (e dunque alla teoria magnetoelettrica) è legato sempre all’immediatamente sensibile;

Non avrà una comprensione chiara e rigorosa della sua macchinetta ed una sua tenzone con il Poggendorf varrà a dimostrarlo. Perfeziona però il circuito magnetico; Comprende la reversibilità della sua macchina; E, soprattutto, mostra nel 1865, anticipando così la teoria unificata del 1929 negli USA, che il campo generato dall’indotto, ruotando le spazzole, può essere reso rotante. Pacinotti, come Meucci ed in seguito Marconi, ha chiara consapevolezza dell’impatto industriale-commerciale della sua macchina, ma non approda ad alcun risultato: la sua dinamo si affermerà infatti in Francia con Gramme.

  • L’Italia dell’epoca è agricola;
  • Non ha un’imprenditoria degna di questo nome;
  • Culturalmente è attratta dalla “luce del sommo vero”;
  • Ha più scuole di canto e di disegno che non di scienza e tecnica;
  • Finito il Risorgimento, si regolano una volta per tutte i conti e si pensa alla normalizzazione: i fisici sono stati patrioti e quindi, quali arruffa popoli, avranno poche cattedre;
  • i matematici sono stati invece più tranquilli ed avranno pertanto più cattedre;
  • Tra Matteucci, ministro della pubblica istruzione- scienziato e Corbino, anch’egli ministro della pubblica istruzione- scienziato, passerà un interregno con ministri di “tutt’altra formazione”;

Dopo la guerra del 1859, Franz Joseph, a Budapest, trasforma la Ditta Ganz, costruttrice di trebbiatrici, in un’industria elettrica. Diventerà, sul finire del secolo, l’azienda più prestigiosa del settore. L’italia di fine secolo è la terza produttrice di energia idroelettrica del mondo. Ma ha una ricerca di settore del 3 per mille…. Segno che produce su licenza… Perché inventare quello che è già stato inventato da altri? Meglio lavorare su licenza, favorendo così turbe di venditori e faccendieri piuttosto che non agguerriti manipoli di studiosi…

E poi, che diamine, l’Italia del tempo non ha problemi energetici: L’energia meccanica non serve per muovere i telai delle industrie tessili? Allora, visto che a differenza dell’Inghilterra, non vi è una legge di settore, Non vale forse la pena, per muovere i telai, di usare i bambini? Energia: chi era costei?

L’8-marzo-1883 nasce, vicino al Duomo, la Centrale di Santa Radegonda, la prima centrale termoelettrica d’Europa… Sono gli anni dell’illuminazione elettrica di Piazza Duomo e del Teatro alla Scala.

Sarà poi la volta della macchina Hopkinson-Edison Ferraris, esaminando la struttura di quei circuiti magnetici, parlerà di “insegnamento della
disfatta”…

E poi ci saranno tante altre dinamo. Fino ad arrivare, al Tecnomasio Italiano, alla più bella di tutte: quella di Bartolomeo Cabella.

Ma ormai, con la II rivoluzione industriale che bussa alle porte, la corrente continua non basta più. Le maggiori distanza tra le centrali e gli opifici richiedono tensioni sempre più elevate che i generatori non possono dare e che solo il trasformatore può fornire. Occorre dunque il passaggio all’alternata, con una nuova teoria matematica che consenta di analizzare il fenomeno, con una teoria del trasformatore per ora affidata a sedicenti tecnici e con un motore che, a differenza di quello di Pacinotti, possa lavorare in alternata.

L’illetterato-praticone Edison non se ne rende ancora conto. Ma il Prof. Ferarris invece sì e con la massima chiarezza. Laureatosi in ingegneria al Museo Industriale di Torino, ha conseguito l’idoneità a matematica e sta studiando i grandi autori: Fresnel, Kelvin, Faraday, von Helmholtz, Maxwell, Kelvin, Heaviside e Kapp.

Tra qualche anno sarà considerato tra i massimi, se non il massimo scienziato elettrico del mondo. Al punto tale che, puntualmente, i suoi articoli, non appena pubblicati presso l’Accademia delle Scienze di Torino, prontamente tradotti in inglese, saranno subito sulle scrivanie dei ricercatori della General Electric, quella General Electric che Edison, smentito dai fatti, fonderà quando si renderà conto che non la continua, ma l’alternata è l’arma vincente per la II Rivoluzione Industriale.

Il prof. Ferraris è il padre sia del traformatore che della macchina asincrona: Delle due macchine, cioè, su cui poggia la rivoluzione industriale.

Del trasformatore ferrarisiano abbiamo già detto. Qui basterà ricordare i suoi contributi alle perdite nel ferro; Il fatto che i fondi arrivino dalle tasche di Margherita di Savoia; Il convolgimento, a livello progettuale concreto di Ferraris con la Ditta Ganz di Budapest.

L’idea di Ferraris È quella di ottenere un campo magnetico rotante a partire da circuiti fissi. Per far questo sfrutta l’unità tra elettromagnetismo ed ottica evidenziata dalle teoria di Maxwell. E sfrutta l’analogo magnetoelettrico delle leggi dell’ottica di Fresnel: Il girrarosto… Realizzando così la sua macchina. Altro che Tesla, che, estraneo a Maxwell, procede invece per tentativi ed errori e, mettendo in tal modo in crisi la produzione avviata dalla
Westinghouse, non capisce neppure il senso delle anisotropie nella generazione della coppie!!

Il malinteso senso di una scienza-tecnologia vista solo come conoscenza efficace ha fatto sì che l’opera ferrarisiana, non più ristampata dal 1902…, sia stata molto spesso indagata da agiografi e da dilettanti.

Una maggior attenzione avrebbe evidenziato, per la prima volta nella letteratura di settore: L’uso del teorema di equivalenza di Ampere e il riferimento conseguente al teorema dell’allineamento nel calcolo della coppia magnetoelettrica al traferro:

Un approccio di cui vi è più che chiara evidenza e consapevolezza didattica nel trattato del ferrarisiano Giuseppe Sartori e, non a caso sempre a Bologna, in quello del Prof. Ciampolini.

E, negli appunti mai pubblicati, quelle riflessioni sulle potenze virtuali che, tratte da Heaviside, sarebebro massicciamente ricomparse,a Bologna, nelle dotte analisi di Luigi Donati.

E tutto questo per tacere dell’uso sistematico che nel suo testo, anticipando di molto il pensiero attuale, agli già fa della relazione di Poynting.

  • Il galantuomo del vecchio Piemonte Risorgimentale
  • Il trentaduesimo di coniglio vapore…
  • I contatti con la Westinghouse
  • Il suo ruolo da assessore a Livorno Vercellese
  • Il suo studio ininterrotto
  • La sua candida confessione a Thovez
  • La nomina a Senatore del Regno
  • Il suo rifiuto di trasferirsi a Roma

Noi siamo i musicanti

Siamo i sognatori di sogni

Erranti per solitari marosi E seduti lungo corsi d’acqua desolati;

Alla luce pallida della luna

Noi perdiamo il mondo,

Noi abbandoniamo il mondo; Eppure sembra che siamo noi a muovere,

Ad agitare il mondo per sempre.