Apparecchio di Foster per la dimostrazione dell’effetto Joule.
Nell’inventario generale n° 6 del 1925 a pag. 69, n° 2271/170, si legge: “Phywe Göttingen. Coppia di palloni con spirale per effetto Joule”.
È probabile che ci si riferisca a questi due esemplari.
Come si vede nelle foto i due esemplari in vetro contengono una spirale di filo (quasi certamente di manganina) che termina con due reofori esterni, ognuno è munito di un rubinetto e ha un tubo ad U nel quale viene messo un liquido colorato per poi chiudere il tutto verso l’esterno.
Un tale tubo ad U è un manometro differenziale.
Essi sono montati come nella figura N 1154 tratta da pag. 239 del catalogo: Apparecchi per l’Insegnamento della Fisica a cura del prof. R. Magini, Officine Galileo, 1940.
Le resistenze sono in valore una il doppio dell’altra e all’inizio della prova sono inserite in serie. Poste ad una certa tensione, la corrente che passa nelle due spirali riscalda l’aria contenuta nelle ampolle e provoca nei manometri un dislivello di 2:1, poiché in una si ha la resistenza doppia (2 R) che nell’altra e quindi è doppia la potenza elettrica (P1 = 2R I2 rispetto all’altra P2 = R I2) e dunque l’energia prodotta. Poi, usando il morsetto nel mezzo, le spirali si possono collegare in parallelo e in tal caso i dislivelli e le correnti sono 1:2; in questo caso infatti la corrente nella resistenza R è doppia che in quella 2R e dunque P1 = 2R I2, mentre P2 = R 4 I2. Si ha insomma P2 = 2 P1 !
Per ulteriori prove si possono usare i due tubi separatamente misurando con cura tensioni, correnti e dislivelli.
Chi scrive non ha potuto far altro che cercare informazioni, non potendo fare esperimenti, poiché i filamenti di entrambi gli esemplari sono interrotti. Inoltre non è stato rinvenuto il sostegno, munito di una doppia scala verticale, che completa l’apparato ma che si vede bene nella figura N1154.
Nel redigere questo testo ho ricevuto un suggerimento autorevole del dott. Paolo Brenni*, che ringrazio per la gentile collaborazione.
*Vedi nota in fondo.
Egli mi ha scritto:
«Secondo me nelle due esperienze possibili con tale apparecchio il calore viene semplicemente considerato proporzionale all’aumento di volume dell’aria dilatata nei tubi.
Esattamente come nel termometro di Riess.
Certo lo strumento (con due resistenze di valore R e 2R) è approssimativo e dimostrativo e non permette misure di precisione. Ma comunque in prima approssimazione funziona».
Né io né i colleghi (anche di Chimica) consultati conoscevamo l’uso dell’apparecchio.
La mancata esperienza diretta mi lascia non poche perplessità sull’attendibilità dei risultati di un simile apparato.
All’indirizzo:
https://ia802605.us.archive.org/4/items/pricelistno5023kohlrich/pricelistno5023kohlrich.pdf
si trova il catalogo Physikalische Apparate Max Kohl, Chemnitz i. Sachsen Preiliste Nr. 21 dei primi del Novecento, dove, a pag. 674, c’è la figura 2529 con la seguente scritta: «26968. Apparat nach Foster, Fig. 2529 (W. D. Fig 504 [475]), zum Nachweis, daß die Erwärmung eines Leitungsdrahtes proportional dem Widerstand und dem Quadrat der Stromstärke erfolgt. – Foster’s apparatus for showing that the degree of hating in a conducting wire is proportional to the resistance and the square of intensity of current. – Appareil de Foster pour montrer que l’échauffement d’un fil conducteur est proportionnel à la résistance et au carré de l’intensité du courant».
Inoltre nel catalogo Physical Apparatus. Max Kohl A. G. Chemnitz (Germany). Price List No. 50, Vols. II and III, a pag. 936 vi è la figura 62117 con la scritta: «62,117 Apparatus after Foster, Figure (W. D. Fig. 531 [504]), for showing that the heating effect on a conducting wire is proportional to the resistance and as the square of the current”.
Il catalogo è rinvinibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-51634.pdf
Un riferimento riguardante questo apparecchio si trova nel “Catalogue N° 22 Appareils de Physique” della Max Kohl Chemnitz del 1925: a pag. 425 si trova la Fig. 1778, N° 34591 (che è identica a quella N° 2529 ) e sotto vi è la scritta seguente: «34591 Appareil de Foster, Fig. 1778, pour démontrer que l’échauffement d’un fil conducteur est proportionnel à la résistance et au carré de l’intensité du courant».
Esso è rinvenibile all’indirizzo:
http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9901.pdf
A pag . 940 del catalogo Physikalische Apparate Max Khol A. G. Chemintz Preiliste Nr. 100, Band III. del 1926 si trova la figura 94954 (che non riportiamo) con la scritta: «94954 Apparat nach Foster, Figur (W, D, Fig. 603), zum Nachweis, daß die Erwärmung eines Leitungsdrahtes proportional dem Widerstand und dem Quadrat der Stromstärke erfolgt». Che tradotto significa: “94954 Apparecchiatura secondo Foster, figura (W, D, Fig. 603), per dimostrare che il riscaldamento di un filo conduttore è proporzionale alla resistenza e al quadrato della corrente”.
La pagina si trova all’indirizzo:
https://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/library/data/lit21186/index_html?pn=256&ws=1.5
E ancora si trova la stessa configurazione nel catalogo: Preis-Verzeichnis über Physikalische Apparate. Instrumente und Gerätschaften von G. Gerhardt Bonn a. Rhein del 1893, dove a pag. 112 c’è la figura 2140 e a pag. 113 si legge: «2140. Apparat zum Nachweise, dass die Erwärmung eines Leitungsdrahtes dem Widerstande und dem Quadrate der Stromstärke proportional ist, nach Foster». Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/files/52520/imagepages/image120.htm
E, per finire, si trova anche nel catalogo Physical Apparatus, Baird & Tatlock ( London) Ltd. 1912, a pag. 524:
«9664. Foster’s Experiment. to show that the heating of conducting wires is in proportion to the resistance and the square of strength of current, consisting of two glass globes equal size, one having twice the length of platinum wire inside the globe than the other; on stand. (See Jamieson’s “Electricity and Magnetism,” 1907 Edition, page 219.) … £ 2 5 0». Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-52548.pdf\
Ciò significa che all’epoca questo dispositivo era molto diffuso e che il suo inventore fu il prof. G. Carey Foster (1835 – 1919) un chimico e fisico inglese famoso per il suo ponte per le misure di resistenze elettriche.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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*NOTA: Paolo Brenni, (1954 – 2021) laureato in Fisica Sperimentale presso l’Università di Zurigo, era specializzato nella storia degli strumenti scientifici e dell’industria di precisione. Ricercatore presso il CNR di Firenze e autore di numerosi articoli e cataloghi, è stato presidente della Scientific Instrument Commission dell’International Union of the History and Philosophy of Science e Presidente in carica della Scientific Instrument Society.