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La ionizzazione dell’aria con l’elettroscopio di Wulf
L’elettroscopio di Wulf
Verso la fine dell’800 si conosceva che la radiazione emessa da sostanza radioattive era in grado di scaricare gli elettroscopi. La velocità di scarica veniva considerata un indice dell’intensità della radiazione incidente. Theodor Wulf, un prete gesuita tedesco, intendendo studiare la ragione del fenomeno, costruì attorno al 1910 elettroscopi adatti a compiere misure più precise e quantitative rispetto a quelli già esistenti. A quell’epoca egli insegnava nel college gesuita di Valkenburg, nel sud dell’Olanda, una zona era ricca di cave e miniere. Secondo la spiegazione più accettata, la radiazione responsabile dello scaricamento degli elettroscopi era dovuta a sorgenti naturali presenti nel terreno o nelle rocce. Wulf pensò di sottoporre a verifica tale ipotesi eseguendo misure con i suoi nuovi elettroscopi nelle cave sotterranee di Valkenburg. Wulf, con meraviglia, contrariamente a ciò che si poteva intuire, trovò un abbassamento della radioattività. Con l’appoggio di alcuni colleghi dell’università di Parigi, egli eseguì misure della radiazione anche in cima alla Tour Eiffel. Sebbene le incertezze sui dati fossero tali da non poter concludere che vi fosse un aumento, tuttavia non si registrava neanche una netta diminuzione della radiazione all’aumentare con l’altezza.
Wulf formulò allora l’ipotesi che la principale sorgente della radiazione provenisse dall’alto, dall’atmosfera o dallo spazio. Esperimenti realizzati in alta montagna e quelli considerati veramente conclusivi eseguiti in pallone da Victor Franz Hess, di poco successivi, confermarono definitivamente l’ipotesi di Wulf: era nata la fisica dei raggi cosmici.
Figura 1: Una versione dell’elettroscopio di Wulf. Molti dei primi esperimenti sui raggi cosmici utilizzarono gli elettroscopi inventati da Wulf. Gockel, Hess, e Kohlhoester nelle loro ascensioni in pallone per misurare la dipendenza della radiazione cosmica in funzione dell’altezza, si servirono di tali dispositivi.
Nell’elettroscopio di Wulf le foglioline d’oro dell’elettroscopio tradizionale sono sostituite da una lamina di metallo e da una fogliolina di platino (figura 1). Il platino è mantenuto in tensione verso la lamina da un filo di silice. Nelle misure di radioattività l’elettroscopio è caricato costantemente tramite una tensione elettrica. La strisciolina di platino e la lamina si respingono e il platino toccando il cosiddetto disco di influenza (il disco verticale visto in sezione nella figura a destra) carica un elettrodo conduttore esterno isolato dal resto dell’elettroscopio (di forma sferica nella nostra immagine). Quando il conduttore ha la medesima tensione elettrica dell’elettroscopio, la fogliolina si stacca. Essa tocca nuovamente il disco d’influenza, e dunque il conduttore, solo se quest’ultimo viene scaricato. Se della radiazione ionizzante incide continuamente sull’elettrodo, si ha un ricorrente processo di scarica, da parte della radiazione, e carica, da parte della fogliolina e l’elettroscopio. La strisciolina di platino si muoverà a scatti qua e là tra il disco d’influenza e la lamina. Il numero degli scatti della fogliolina per unità di tempo ci darà una misura dell’intensità della radiazione. Maggiore è il numero gli scatti, più veloce è la scarica dell’elettrodo e dunque più intensa la radiazione.
Bibliografia
Sull’utilizzo degli elettroscopi nei primi esperimenti sui raggi cosmici si può consultare il libro:
Rossi B. (1971) I raggi cosmici, Einaudi, Torino.
Notizie di Theodor Wulf si trovano nel sito:
http://en.wikipedia.org/wiki/Theodor_Wulf
Un sito che descrive molti esperimenti con gli elettroscopi, dove imparare anche a costruirli:
http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/maussion/elecstat/PagesFr/04Scope.html
Sulla storia e le applicazioni degli elettroscopi e le scoperte di AlessandroVolta:
http://www.aei.it/ita/museo/mbi_stru.htm
Fonte: http://try.iprase.tn.it/prodotti/materiali_di_lavoro/fisica/download%5C006%20L'elettroscopio%20di%20Wulf%20ALLEGATO.doc
Sito web da visitare: http://try.iprase.tn.it
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