Categoria: fisica

  Apparecchio di Despretz (1791-1863) per lo studio della propagazione del calore, Officine Galileo Firenze, matr. N° 103094. Seconda parte.
Nell’inventario generale n° 6 del 1925 a pag. 68, n° 2235 /134 si legge: “Officine Galileo Firenze. Apparecchio di Depretz [sic]. ₤ 360”. Destinato al Gabinetto di Fisica.
 Nell’inventario D del 1937 al n° 306 si legge: “Apparecchio per la determinazione della legge della conduttività termica in una sbarra. ₤ 100”. Prima destinazione Lab. Fisica.
Nell’inventario D del 1956 al n° 664 si legge: “Apparecchio per la determinazione della legge di conduttività termica; in esistenza; ₤ 1000”.
  La versione tratta dalla scheda di istruzioni N° 254 della Paravia  descrive in dettaglio alcuni particolari: vi si legge che l’apparato di Despretz serve per rilevare la conducibilità termica di una sbarra omogenea di ferro a sezione rettangolare.
La sbarra è sostenuta da una intelaiatura metallica ed è isolata termicamente per mezzo di piastrine coibenti. Essa presenta 5 pozzetti posti a distanze uguali; in ciascuno di questi si versa del mercurio poiché bisogna stabilire una buona conducibilità con i bulbi di altrettanti termometri che vi vengono introdotti.
I termometri, sostenuti da un’asta trasversale che presenta altrettanti fori, inizialmente debbono segnare tutti la stessa temperatura.
L’ estremità della barra al di là dello schermo viene riscaldata e lo schermo, costituito da due lastre parallele di alluminio distanziate con cilindretti di ottone, serve per proteggere i termometri dall’irraggiamento della fiamma Bunsen.
L’esperienza verifica la nota legge di Fourier (1822) sulla distribuzione della temperatura lungo la sbarra una volta raggiunto il regime stazionario. Concorrono a questa distribuzione sia la convezione sia l’irraggiamento che danno luogo ad una continua perdita di calore.
Durante l’esperimento si possono rilevare i valori letti contemporaneamente sui termometri in intervalli di tempo successivi per osservare la rapidità con la quale le temperature salgono in funzione della distanza dalla sorgente di calore e si può verificare la legge del Lambert.
L’apparecchio prende il nome di C. M. Despretz perché, dopo il Lambert, eseguì misure più accurate sulla conducibilità di una sbarra di metallo; a Despretz seguirono i lavori di G. Wiedemann e R. Franz (1853).
Durante le prove è bene disporre sul tavolo un termometro distante almeno un metro dallo strumento, col bulbo alla stessa altezza della sbarra e al riparo dall’irraggiamento della fiamma, che rilevi la temperatura ambiente (che dovrebbe restare costante). Infatti la verifica della legge di Lambert prevede l’osservazione dell’andamento delle temperature dei termometri posti lungo la sbarra confrontate con quella del termometro isolato. Sul Ganot tradotto in inglese (vedere la relativa figura e la bibliografia) si legge che Despretz verificò la legge seguente (attribuita a Lambert) : “Se le distanze dalla sorgente di calore crescono in progressione aritmetica, gli eccessi di temperatura rispetto all’aria circostante decrescono in progressione geometrica”. Despretz dimostrò però che la legge di Lambert funzionava bene per i conduttori molto buoni, come l’oro, il platino, l’argento e il rame, ma era solo approssimativamente vera per il ferro, lo zinco, il piombo e lo stagno e che inoltre non era applicabile ai corpi non metallici come marmo, porcellana, ecc. .

Da C. O’Sullivan, A hands-on computerised laboratory course unit for teaching Heat Transfer to engineering students, ComLab Conference 2007, Slovenia, citato anche nella prima parte, abbiamo avuto indicazioni sulla importanza di un lavoro di Forbes a cui qualcuno attribuisce questo apparato.
J. D. Forbes (1809-1868) era un fisico esperto in glaciologia, sisomologia e conduzione di calore e pubblicò i suoi lavori su quest’ultima su Transaction of The Royal Society of Edinburgh vol. 23, pag. 133, 1864 XIII- Experimental inquiry into the Laws of the Conduction of Heat in Bars, and into the Conducting Power of Wrougth Iron e vol. 24, pag. 73, 1867 VIII-Experimental inquiry into the Laws of the Conduction of Heat in Bars. Part II. On the Conductivity of Wrougth Iron, deduced from the Experiments of 1851.
Le due pubblicazioni si possono leggere agli indirizzi:
Vol. 23: https://archive.org/details/transactionsofro23royal/page/138/mode/2up
Vol. 24:
https://archive.org/details/transactionsofro24roya
Bisogna comunque dire che i due lavori sono notevoli e accurati e meritano il giusto risalto. Inoltre egli nella prima pagina (133) dice: “Experiments in this form had been made by LAMBERT, BIOT, DESPRETZ and probably by others. . . ”
Le ultime figure sono tratte da essi.
Bibliografia:
Scheda di istruzione N° 254 della Paravia.
A. Ganot, Elementary Treatise on Physics Experimental and Applied; translated and edited from Ganot’s Élements de Physique, by E. Atkinson; New York, W. Wood & Co. 1875; pp. 316, 317 da cui sono stati tratti la figura 289 e il brano riguardante il riassunto del lavoro di Despretz. Esso si trova all’indirizzo:
https://archive.org/details/elementreatisephys00ganorich .
Per consultare la prima parte scrivere “Despretz” su Cerca.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo a cura di Fabio Panfili.
Per ingrandire le immagini cliccare su di esse col tasto destro del mouse e scegliere tra le opzioni.

  Apparecchio di Despretz (1791-1863) per lo studio della propagazione del calore, Officine Galileo Firenze, matr. N° 103094. Prima parte.
 Nell’inventario generale n° 6 del 1925 a pag. 68, n° 2235 /134 si legge: “Officine Galileo Firenze. Apparecchio di Depretz [sic]. ₤ 360”. Destinato al Gabinetto di Fisica.
 Nell’inventario D del 1937 al n° 306 si legge: “Apparecchio per la determinazione della legge della conduttività termica in una sbarra. ₤ 100”. Prima destinazione Lab. Fisica.
Nell’inventario D del 1956 al n° 664 si legge: “Apparecchio per la determinazione della legge di conduttività termica; in esistenza; ₤ 1000”.

 Esso è presente nel catalogo delle Officine Galileo del 1956. Inoltre si trova a pag. 130 di Apparecchi per l’Insegnamento della Fisica, a cura di R. Magini, Off. Galileo, 1940; da cui abbiamo tratto la figura E 681.
Vi si legge: «Apparecchio per la legge della propagazione del calore in una sbarra omogenea. Una grossa sbarra rettangolare è sostenuta da una intelaiatura con piedi in ottone ed isolata termicamente per mezzo di eternite. In cinque pozzetti equidistanti scavati nella sbarra e contenenti eguali quantità di mercurio, si dispongono i bulbi di altrettanti termometri sorretti da un’asta trasversale. L’estremo sporgente della sbarra verrà riscaldato con un becco Bunsen, nel mentre un grande schermo di alluminio a doppia parete difende la sbarra ed i termometri dall’irraggiamento della fiamma. La esperienza verifica la nota legge di Fourier sulla distribuzione della temperatura, una volta raggiunto il regime permanente».
In Elementary Treatise on Physics Experimental and Applied transalted from Ganot’s Éléments De
Physique by E. Atkinsons, W. Wood & Co. New York 1910,
rinvenibile all’indirizzo
https://archive.org/details/treatphysics00ganorich ,
l’invenzione è attribuita a Despretz (vedere in proposito la seconda parte) e a pag. 453 vi è la figura 426.

Inoltre, seppure un poco diverso nella costruzione, l’oggetto si trova a pag. 443 del catalogo Physical Apparatus del 1924 della F. E. Becker & Co. , dal quale abbiamo tratto la figura 3152. Questo catalogo si trova all’indirizzo: http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9846.pdf .
Riportiamo qui di seguito le istruzioni di questo catalogo. «Forbes’ Apparatus for Comparison of Thermal Conductivities. This apparatus consists of a iron bar about a metre in length and having excavations at distances of 2.5 cm apart, each excavation being just large enough to contain the bulb of a narrow thermometer. One end of the bar is bent so that it can be dipped in the iron crucible containing melted lead or solder. A screen serves for protecting rod from heat of Bunsen flame. We also supply with each apparatus a short length of bar (having one excavation) for determining the cooling curve».

La figura dell’andamento della temperatura a regime in funzione della distanza lungo la sbarra è tratta da:
C. O’Sullivan, A hands-on computerised laboratory course unit for teaching Heat Transfer to engineering students, ComLab Conference 2007, Slovenia.
Ovviamente vi è descritta una versione moderna dell’apparecchio con termocoppie al posto dei termometri.
Dunque qualcuno attribuisce questo apparato a J. D. Forbes (1809-1868); costui era un fisico esperto in glaciologia, sisomologia e conduzione di calore e pubblicò i suoi lavori su Transaction of The Royal Society of Edinburgh vol. 23, pag. 133, 1864 XIII- Experimental inquiry into the Laws of the Conduction of Heat in Bars, and into the Conducting Power of Wrougth Iron e vol. 24, pag. 73, 1867 VIII-Experimental inquiry into the Laws of the Conduction of Heat in Bars. Part II. On the Conductivity of Wrougth Iron, deduced from the Experiments of 1851.
Bisogna comunque dire che i due lavori sono notevoli e accurati e meritano il giusto risalto.
Le informazioni continuano nella seconda parte; per consultarla scrivere: “Despretz” su Cerca.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo a cura di Fabio Panfili.
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Bilancia di Cavendish della Leybold, matr. 332 10, per la misura della costante gravitazionale G.
Si trova al n° 5000 dell’inventario D posteriore al 1964, ma per ragioni indipendenti dalla mia volontà non l’ho ancora potuto consultare. So comunque che è stata acquistata nel dicembre del 1970 al costo di ₤ 102.250.
È una bilancia di torsione mossa dalla coppia generata dall’attrazione gravitazionale tra le sfere grandi e le sfere piccole. La torsione del filo provoca la coppia antagonista che tende ad equilibrare il sistema dopo lente oscillazioni smorzate.
La bilancia è sensibile a forze dell’ordine di 10^-9 N.
Sul filo è posto uno specchietto che, illuminato da un raggio collimato di luce, riflette la luce su uno schermo lontano amplificando la percezione delle oscillazioni (leva ottica).
Per la curiosità del visitatore ho riportato le istruzioni 332 10 della della E. Leybold’s Nachfolger Köln – Bayental del 1960.

Ho insegnato fisica al Montani dal 1983 al 2009 e non sono a conoscenza che qualcuno l’abbia mai usata.
Del resto una sola misura richiede tempi lunghi ed è oggettivamente complessa per allievi del primo anno. Anche una dimostrazione qualitativa richiede comunque tempi lunghi.
All’indirizzo
https://www.youtube.com/watch?v=vj0fNxhyh-Y
vi è la spiegazione dell’uso di questo particolare tipo della bilancia di Cavendish, costruito dalla Leybold.
Come si spiega nel video, si può usare il laser con lo schermo posto circa a 10 metri. Una oscillazione dura circa 10 minuti, quindi occorre almeno un’ora per eseguire una sola misura.
All’indirizzo
https://www.ld-didactic.de/literatur/hb/i/p1/p1131_i.pdf
si trovano le istruzioni della Leybold’s di una bilancia più recente.
In rete si trovano numerosissime informazioni su questa bilancia. Ad esempio all’indirizzo: https://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_di_Cavendish.
Oppure si può scrivere:
espfiscavendish.pdf
e si trova una lezione di M. Calvi.
La figura che segue è tratta da Notebook “A” Mechanics Lecture Demonstrations U.C. BerkeleyPhysicis Departement.
Mentre all’indirizzo
https://www.youtube.com/watch?v=r77YRlgykCM
si trova un video ormai diventato un classico.
La sua realizzazione, insieme a molti altri film, faceva parte del progetto P.S.S.C. del MIT, iniziato nel lontano 1956.
Io, che scrivo queste note, ho fatto parte di un gruppetto di studenti che eseguì un esperimento simile al primo anno della Facoltà di Fisica di Bologna. Si era poco dopo la metà degli anni ’60 e questo film esisteva già da anni, ma non ne sapevamo nulla, né sapevamo di dover schermare elettrostaticamente la bilancia e neppure di evitare le inopportune correnti d’aria.
Le due grandi masse erano costituite da numerosi mattoni di piombo, posti su due carrelli e usati normalmente per schermare le radiazioni nel laboratorio di fisica nucleare.
La bilancia era fatta di una lunga asta di legno che portava appeso ad ognuno dei due estremi un cilindretto di piombo.
Essa era sospesa nel baricentro con un lungo nastro magnetico, allora in uso nei registratori elettronici di acustica.
Probabilmente il Prof. Randi, che ci aveva assegnato questo esperimento, voleva vedere a quali risultati potevamo arrivare solo con le nostre conoscenze.
Per determinare la costante elastica di torsione del nastro magnetico di sospensione ricorremmo alla sua misura mediante le oscillazioni di un’asta di metallo (di cui era facile misurare il momento di inerzia) appesa ad un nastro identico lungo un metro. Nonostante tutto ottenemmo risultati accettabili.
Da professore di fisica proiettai numerosissime volte il film del P.S.S.C, in varie scuole e ovviamente alla prima proiezione mi resi conto che l’esperimento eseguito nella Facoltà di Fisica era chiaramente ispirato al film.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni ricerche e testo di Fabio Panfili.
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           Tubo di Crookes a catodo semicilindrico.
Nell’inventario del 1919, al n° 963/29 si legge di quattro tubi per gas rarefatti: due ad ampolla, uno cilindrico, uno a pera.
Nell’inventario del 1923, al n° 254/1013 vengono elencati gli stessi.
Nell’Inventario D del 1937, al n° 447 si legge: “tubo a vuoto a forma di pera-G45”; al n° 446, “tubo a vuoto con catodo semicilindrico-G29”.
Il tubo di Crookes a catodo semi cilindrico è stato fotografato insieme al classico tubo di Crookes.
 Del tubo a vuoto con il catodo a forma semi cilindrica, i riferimenti trovati sono solo negli antichi cataloghi dei primi anni del Novecento, pur avendo consultato la considerevole letteratura della Biblioteca del Montani e molti siti in rete.

Nella figura 10239 tratta dal catalogo Physical Apparatus, Baird & Tatlock (London) Ltd. 1912, è scritto:
«Apparatus to show that the light appearance of the rays only depends on the negative pole. Consisting of
a tube whose negative pole ends in a half cylinder of aluminium». Nella figura 10249 tratta dallo stesso catalogo si legge: «Tube, with concave negative pole. The rays, wich
are directed on the focus in the centre of the tube, are by an electro-magnet drawn towards the sides». Il catalogo è rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-52548.pdf

La figura 8141, nella quale però il catodo è concavo, è tratta dal Katalog über Apparate, Instrumente und
Utensilien für den Physikalischen Unterricht Richard Müller-Uri Braunschweig 1909, dove si legge:
«Ablenkungröhre für Wärmewirkung mit konkaver Kathode. Die starke Wärmewirkung der im Fokus der
Elektrode zusammenlaufenden Strahlen läßt sich dadurch demostrieren, daß man die Seite, nach welcher
man den Strahlenkegel mittelst des Magnets ablenkt, mit einer Wachsschicht überzieht.
Die Demonstration gelingt auch sehr schön mit Hilfe eines umgelegten Jodqueksilber-Papierstreifens, der
durch sie Strahlungwärme rot gefärbt wird».
Che, tradotto approssimativamente, dice: «Tubo di deflessione per effetto termico con catodo concavo. Il
forte effetto riscaldante dei raggi convergenti nel fuoco dell’elettrodo può essere dimostrato rivestendo con uno strato di cera il lato verso il quale il cono di raggi viene deviato per mezzo del magnete.
La dimostrazione riesce anche molto bene con l’aiuto di una striscia piegata di carta allo iodiomercurio, che viene colorata di rosso dal calore radiante». Il catalogo è rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-52540.pdf
La figura 1472 è tratta dal Catalogue N° 22 Appareils de Physique Max Kohl Chemnitz Saxe.
Representants et Dépositaires pour la France Richard-Ch. Heller & Cie. Paris. 1905, a pag. 356 si legge
un laconico e sibillino: “Chaleur produite par la matière radiante lorsqu’elle est arrêtée dans son cours”.
Ma si direbbe che il disegno a sinistra mostri il percorso degli elettroni fino al vetro e il disegno a destra
mostri la deviazione degli elettroni dovuta alla presenza di una calamita.
Il catalogo è rinvenibile all’indirizzo:
http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9901.pdf
Identica immagine con didascalia
dal contenuto molto simile si trova a pag. 120 del Priced and Illustrated Catalogue of Physical Instruments (…) James W. Queen & Co. Philadelphia 1884. Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/files/52503/
La figura 7105 si trova nel Catalogue of Physical Apparatus (With descriptions and instructions for use)
E. Leybold’s Nachfolger Cologne [1910?], dove si legge soltanto: “Vacuum tube with semi-cylindrical
cathode”. Rinvenibile all’indirizzo: https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/files/52546/
Forse veniva usato per mostrare la deviazione magnetica dei raggi catodici (elettroni veloci) con l’ausilio
di una calamita.
L’ interpretazione che riteniamo più plausibile, non avendo svolto esperimenti con il tubo, è la seguente: è certo che il semicilindro usato come catodo focheggia gli elettroni, ma la distanza focale sembra piccola rispetto alla lunghezza del tubo, quindi produce infine un fascio divergente. Dunque si osserva che gli elettroni, provenienti dall’elettrodo negativo semicilindrico e proiettati in direzione normale rispetto alla superficie dell’elettrodo stesso, giungono ad un fuoco per poi divergere. Il loro percorso lascia una traccia, consistente in una luminosa fluorescenza verde, sulla superficie di vetro del tubo.
Questa interpretazione pur valida non ha però il dovuto supporto bibliografico.
Facciamo notare inoltre che l’elettrodo opposto ha una forma a disco, solitamente propria del catodo; ciò può far supporre che il funzionamento si possa invertire, ma non se ne comprende la ragione.
Bibliografia.
M. Born, Fisica atomica, Boringhieri Torino 1968.
S. Tolansky, Introduzione alla fisica atomica, Boringhieri, Torino 1963.
Il tubo è esposto al Museo MITI, su proposta di Fabio Panfili.
Foto di Federico Balilli, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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  Due  apparecchi di Berghoff per la visualizzazione delle linee di campo generate da correnti elettriche.
Nell’inventario D del 1956, in data 30 giugno, al n° 735-742 si legge: “Quadri per spettri magnetici delle correnti elettriche. In esistenza. Quantità N° 8. ₤ 1500”. Destinazione: Gabinetto di Fisica. Ma sono certamente più antichi.  Le ricerche negli inventari precedenti sono state finora infruttuose ma il 7 maggio del 2018, durante una ricerca di un altro strumento nei cataloghi, sono stati trovati sul Catalogue N° 22 Appareils de Physique Max Kohl Chemnitz Saxe. Representants et Dépositaires pour la France Richard-Ch. Heller & Cie. Paris. 1905. Rinvenibile all’indirizzo:
http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9901.pdf .
  Il loro impiego nella didattica era molto semplice ed efficace. Si cospargeva il vetro, posto in orizzontale, di fine limatura di ferro dolce in modo uniforme e in quantità non eccessiva, si collegava il filo di rame ad un generatore che poteva erogare correnti dell’ordine di qualche decina di ampere e si facevano osservare le forme assunte dai granellini di ferro. L’aspetto degli oggetti ci suggerisce che fossero stati ideati e realizzati per la proiezione delle immagini sul soffitto. In tal modo si perde la visione tridimensionale assunta dalla limatura, ma le immagini ottenute sono ugualmente suggestive. Inoltre si può sempre avere la visione diretta.
Ricordiamo che una rappresentazione grafica delle linee di campo si deve a M. Faraday.
Di uno dei quadri pervenutici resta solo la cornice, un altro è andato perduto.
Questi due esemplari sono privi di etichetta col numero. Uno serviva per mostrare il campo generato da  parecchie correnti circolari poste in serie, secondo le indicazioni della Max Kohl (per un solenoide vi era un altro quadro che non fa parte di questa collezione).
L’altro da un filo rettilineo che storicamente risale al famoso esperimento di Hans Christian Ørsted del 1820 che fu poi eseguito da molti scienziati tra i quali vengono ricordati Biot e Savart. Esso mostra il campo magnetico sul piano normale alla corrente.
Al solito vi sono questioni di priorità, poiché pare ormai certo che questo esperimento sia stato eseguito per la prima volta nel 1802 da Gian Domenico Romagnosi, ma la comunità scientifica non ne riconobbe la fondatezza.

La figura 6950 è a pag. 162 del catalogo Physikalische Apparate Ferdinand Ernecke Berlin S.W. Preiliste N° 18. Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade- literature/scientific-instruments/files/51667/ .
In essa si vedono alcuni esemplari di quadri con magneti permanenti e di quadri con fili conduttori percorsi da corrente.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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