mercoledì 23 dicembre 2015

Quando Magneto ed Electro sono la stessa persona.

Goooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooood Morning Avventori! Mancano solo due giorni a Natale ed io, ormai, sono troppissimo su di giri.
Ah, ma forse state leggendo il titolo del post. Vedo qualche sguardo perplesso o, anche, infuriato; soprattutto da parte di quella fetta di utenti più navigati nel mondo dei fumetti Marvel. Ma non temete! Non sto dando i numeri! Lasciate che vi spieghi un po' come stanno le cose.

Ieri, in treno, mi stavo sciroppando le ultimissime pagine del libro di Kakalios (La fisica dei supereroi, ndL. Se n'era parlato anche: qui). Nei due/tre capitoletti dedicati all'elettricità e al magnetismo, appunto, Kakalios cita proprio Magneto ed Electro, come illustri supercattivi dotati dei poteri di utilizzare campi magnetici e campi elettrici, rispettivamente, per cercare di portare a termine i loro loschi piani criminali.
Chiuso il libro, ebbi la tipica illuminazione che, seppur non ti faccia esclamare eureka!, almeno rende la giornata migliore: Magneto ed Electro, in sostanza, sono la stessa persona!
E giù che piovono gli insulti! Cosa cazzo starò mai dicendo? Come posso dire che Maxwell Dillon e Max Eisenhardt siano la stessa persona? Mi ha dato di volta il cervello?
No ragazzi, io intendevo dire che: Magneto ed Electro sono fisicamente la stessa persona.
Mò vi spiego meglio.

In primis, chi sono Electro e Magneto? Adesso mi sto rivolgendo a quelli che, come me, poco o per nulla ne masticano di mondo dei fumetti; perciò è utile dare giusto due dati a riguardo, solo per capire di cosa stiamo parlando.
Ordunque, Electro è uno dei tanti villain che occupano l'universo Marvel. Nato Maxwell Dillon, era un abile tecnico di una compagnia elettrica; ma anche molto spocchioso, materialista e prettamente asociale (bello, vero?). Durante un salvataggio di un collega (a pagamento, ovviamente), Dillon rimase coinvolto in un incidente per cui delle forti correnti elettriche attraversarono il suo corpo, rendendolo poi in grado di immagazzinare tali cariche e di lanciarle sotto forma di fulmini. Da quel momento, Dillon prese il nome di Electro e, indossando un triste costumino verde e giallo, decise di darsi al crimine, combattendo l'odiatissimo Spider-Man. Il personaggio di Electro comparve per la prima volta nel nono numero di The Amazing Spiderman (S. Lee, S. Ditko, 1964).

Electro ed il suo infelice costume
Ma se Electro ha, in un certo senso, "acquisito" i suoi poteri da supercattivo, ciò non vale per Magneto, che con i poteri del controllo magnetico c'è nato.
La storia di Max Esienhardt è piuttosto complessa, essendo nato in Germania, nel 1920, da una famiglia ebrea ed avendo vissuto tutti gli orrori che la Seconda Guerra Mondiale poteva offrire. Magneto compare per la prima volta nel primo numero degli X - Men ( S. Lee, J. Kirby, 1963) e subito si propone come nemico numero 1 della squadra di supereroi mutanti. Magneto ha il potere di controllare i campi magnetici, piegando quasi tutti i metalli alla sua volontà e utilizzandoli come scudi o proiettili da scagliare contro i propri nemici. In realtà il potere di Magneto è anche molto più grande, ed è sempre funzione della sua capacità di manipolare i suddetti campi.

Il temibile Magneto all'opera
Ma, allora, cosa c'entrano i poteri elettrici di Electro con quelli magnetici di Magneto?
Una cosa alla volta, amici miei.
Dunque, cercherò di essere il più semplice possibile, omettendo la maggior parte delle formule matematiche.
Dunque, elettricità e magnetismo sono due facce della stessa medaglia. Sappiamo che, pur essendo elettricamente neutri, tutti gli oggetti sono composti da atomi, i quali, a loro volta, sono composti da corpuscoli che hanno una carica (nel caso dei protoni e degli elettroni) o non ce l'hanno (i neutroni). Più in particolare ogni atomo ha al suo centro un nucleo pesante formato dalle cariche positive o neutre (cioè i protoni e, a volte, i neutroni. Si veda il caso dell'atomo di idrogeno: H ha un protone ed un elettrone, ma i suoi isotopi deuterio e trizio hanno rispettivamente uno e due neutroni nel nucleo!), attorno a cui ruotano a folle velocità le cariche elettriche negative, ossia gli elettroni. Un'utile rappresentazione dell'atomo è quello delle orbite: cioè il nucleo al centro si comporta come il sole, attorno a cui girano gli elettroni in orbite precise e circolari.
In realtà, per chi ha studiato un filo di più la fisica delle particelle, questa esemplificazione è fin troppo approssimativa, ma a noi basta sapere questo.
Ora, cosa succede se io prendo una carica elettrica, che chiamiamo q, e ve la piazzo lì, su un bel tavolo da laboratorio? Niente direte voi, la carica è lì ferma.
Bene, ora supponiamo che questa carica q sia positiva. A questo punto voglio attaccare ad un bastoncino una carica di prova piccolissima, anch'essa positiva, che chiameremo q0 (perdonate la mancanza di fantasia), e la avvicino alla mia q, che sta lì bella e pacifica. Ad un certo punto vedrò che la carica di prova tenderà a scappare dalla carica q, e questa interazione sarà tanto più forte quanto più mi avvicinerò alla carica. Se invece avessimo scelto una carica di prova negativa, avremmo ottenuto l'effetto contrario, ossia che la nostra piccola  sarebbe stata fortemente attratta dalla carica positiva q.
Gira che ti rigira abbiamo già fatto saltar fuori una delle prime scoperte nel campo dell'elettrostatica: cariche opposte si attraggono, cariche simili si respingono.
La forza, perché in fisica è tutta una questione di forze, che descrive l'interazione tra queste cariche è descritta dalla Legge di Coulomb. Che possiamo scrivere così:

F = k [(q × q0) / r²]

Dove k è una costante. Notiamo due cose: la prima è che la forza dipende dal quadrato della distanza, ossia se la distanza (r) tra le particelle q e q0 raddoppia, la forza diminuisce di un fattore 4; perciò la forza di Coulomb è una forza che decade rapidamente all'aumentare della distanza.La seconda cosa che notiamo,è che l'equazione è in tutto e per tutto identica alla legge di gravitazione universale di Newton, se si sostituisce la costante k con G e le cariche q con le masse m.
Sempre dalla legge di Coulomb e da un po' di osservazioni sperimentali, possiamo dedurre che le cariche elettriche statiche, q, generano un campo elettrico statico, che chiameremo, anche in questo caso senza troppa fantasia, E.
Tutto molto bello. Le cariche sono ferme, i corpi sono fatti da cariche negative e positive che si dispongono in modo da rendere il corpo elettricamente neutro (ossia il netto della carica elettrica del corpo è approssimabile a zero). Ma perdincibacco, Electro lancia dei veri e propri fulmini dalle mani! Questi non possono essere certo generati da cariche ferme! No, infatti.
Ma se le cariche si muovono le cose si complicano un filino. Innanzitutto introduciamo il concettino di corrente e di tensione. Prendiamo un filo di rame del cui spessore e lunghezza ce ne sbattiamo abbondantemente il cazzo. Il filo è composto da tanti atomini di rame e, con ogni probabilità, anche da altri atomi di vari elementi, che possono rendere non puro il rame. In ogni caso, ogni atomo di rame oscilla (tutti gli atomi oscillano, più un materiale è caldo, più gli atomi che lo compongono oscillano furiosamente, fino al punto in cui si rompono i legami chimici e l'oggetto cambia di stato. Per esempio il ghiaccio che riscaldato si trasforma in acqua prima e in vapore poi) con una certa frequenza; ma ciononostante la carica netta del filo è nulla. E mò che si fa?
Se nel filo vogliamo far scorrere della corrente allora dobbiamo applicare una tensione, più precisamente una differenza di potenziale. Per spiegarvi questo concetto di tensione uso un paragone un po' più semplicistico: possiamo considerare una tensione come un gradino o un piano inclinato su cui viene posta una pallina. Chiaramente se il piano è piatto la pallina non si muove (supponendo che essa sia ferma, prima legge di Newton!!); ma se invece alziamo un lato dell'asse la pallina inizierà a scorrere lungo il piano d'inclinazione appena creato, a causa della forza di gravità! Più è grande l'inclinazione, più velocemente la pallina correrà sul piano.
Ecco, la corrente funziona più o meno così: si crea un dislivello tra i capi del circuito, così che le cariche elettriche possano spostarsi da un capo all'altro del filo. Il più semplice generatore di tensione è una pila, che usa l'energia chimica dei suoi reagenti per creare e mantenere una differenza di potenziale ai suoi capi, il polo positivo e negativo per l'appunto. Scusate se vi sto bombardando di concetti elettrizzanti, purtroppo il tempo e lo spazio sono tiranni e se volessimo discutere più ampiamente di tutti gli argomenti, dovremmo dedicare un blog solo per quello. Comunque, se avete curiosità o dubbi, potete comunque lasciare un commento.
Grazie a questa tensione, le cariche all'interno del cavo possono spostarsi in una certa direzione e quindi generare una corrente (ricordiamo solo che l'unità di misura della corrente è l'Ampère, A, mentre quello della tensione è il volt, V).
Ora, come fa Electro a lanciare le sue potenti cariche? Abbiamo bene o male tutti gli elementi necessari per rispondere alla domanda, senza tuttavia abusare della fisica.
Il supercattivo si comporta un po' come un temporale ambulante in miniatura: prima si deve caricare (e di solito lo fa in vecchie centrali elettriche abbandonate). Una volta accumulata sufficiente carica, Electro è capace di variare la tensione del suo corpo, così da dare una bella scossa ai poliziotti che cercano di arrestarlo; e siccome l'aria è un buon isolante, pensate a quanto deve far variare la sua V, Electro, per poter scagliare saette contro i suoi avversari!
Qua finisce la spiegazione sui poteri di Electro, ora vediamo altrettanto rapidamente (più o meno), i poteri mutanti del temibile Magneto.



Dicevamo che, al contrario di Dillon, Magneto i suoi poteri li ha dalla nascita; per questo lui è un mutante, mentre Electro non lo è. Ma per l'economia di questo post la cosa non fa alcuna differenza.
Uno degli altri misteri della scienza è il campo magnetico. Bene o male tutti noi abbiamo avuto a che fare con un campo magnetico, basti pensare alle calamite a forma di Duomo che potete trovare in qualsiasi negozio di souvenir a Milano!
In realtà, i magneti erano già noti ai greci, quando riuscirono a scovare dei particolari ossidi di ferro, costituenti il minerale chiamato appunto magnetite (nome probabilmente derivato dalla città di Magnesia, in Asia Minore). Solo nell'anno 1000 si studiarono gli usi per la navigazione dei primi magneti.
Infatti, oltre alle calamite, i metalli magnetici possono essere utilizzati anche per costruire bussole; le quali, come ben sapete, grazie al campo magnetico terrestre, sono orientate sempre verso Nord.
Ora, come conciliamo le calamite coi poteri di Magneto?
Dunque, trovare un campo magnetico è piuttosto semplice: prendete una calamita a forma di barra e della limatura di ferro; se spolverate attorno alla calamita la limatura, vedrete che essa si disporrà lungo linee che partono da un capo della calamita e giungono all'altro. Quelle che avete appena visto (e che potete vedere nella figura sottostante) sono le linee di forza del campo magnetico.



Abbiamo già introdotto, nella nostra dissertazione, un campo che ha delle caratteristiche molto simili eppure molto diverse: il campo elettrico E.
All'inizio vi avevo detto che, mettendo una carica q in un punto, essa genera un campo elettrico E. Ok, ora proviamo a prendere la calamita e tagliamola a metà. Prendiamo altra limatura di ferro e vediamo che...dannazione, le linee del campo magnetico si aprono e si chiudono ancora ai due capi della barra tagliata! Ma noi avevamo appena staccato i poli della calamita!
Ecco, ragazzi miei, questa è la grossa differenza tra campo elettrico e campo magnetico, che in fisica viene indicato con la lettera B.



Un campo elettrico può essere generato anche da una singola carica; il campo magnetico no! Per generare un qualsiasi B, avrò bisogno di una calamita (o anche di qualcos'altro, ma quello lo vediamo tra un attimo) e una calamita ha due poli. Questa considerazione porta alla conclusione che non esiste il monopolo magnetico, ossia l'equivalente per B della carica q per E. Non esistenza che, più finemente, può essere sottolineata anche grazie alla Legge di Gauss per il campo magnetico (una delle temibili equazioni di Maxwell!!!).
Perciò Magneto ha la capacità di manipolare questi campi, aumentandone e diminuendone l'intensità in modo da attirare a sé oggetti, deviarli, lanciarli e anche per farlo volare. Ma, non tutti i materiali sono magnetici...e poi, diciamocelo, come fa Magneto a volare?
Ad ogni particella atomica è associato un piccolo campo magnetico, talmente piccolo da essere considerato trascurabile. All'interno di un materiale, poi, questi campi magnetici "atomici" si allineano in modo tale che il campo magnetico netto dell'oggetto si annulli; detto altrimenti è come se gli atomi si allineassero tutti col nord, puntato verso il sud del vicino. Quindi, possiamo tranquillamente affermare che, la maggior parte degli oggetti e anche alcuni metalli (oro e argento, per esempio), non sono magnetici; questo perché gli atomi che formano le molecole all'interno dell'oggetto, si allineano in modo tale da annullare il campo magnetico totale. Bella sfortuna direte voi, quindi Magneto è solo frutto dell'immaginazione? Non potrebbe fare tutto quello che fa?
No, assolutamente no. Il bello è che il potere di Magneto, e se siete stati attenti dovreste ricordarvelo bene, è quello di generare campi magnetici di varia intensità; quindi il nostro mutante supercattivo, potrebbe tranquillamente utilizzare una fede nuziale per uccidervi, semplicemente generando un campo magnetico di intensità tale da polarizzare gli atomi della succitata fede, orientandoli in modo tale da poterla attirare a sé, per poi lanciarla contro di voi alla velocità di un proiettile. Anche per volare Magneto utilizza dei B particolarmente forti, ma questo è un discorso leggermente diverso.
Quindi, seguendo questo ragionamento, l'acerrimo nemico degli X-Men potrebbe persino polarizzare la plastica; ma con ogni probabilità il campo magnetico richiesto per farlo sarebbe così elevato, che le energie di Magneto potrebbero non bastare.




Ok. Premessa terminata. Alla faccia direte voi!
Ora devo argomentare la mia tesi, per cui Electro e Magneto possono essere la stessa persona. Non preoccupatevi figliuoli, la cosa sarà più rapida e indolore.
Agli inizi del XIX secolo, Oerstedt scoprì che una corrente elettrica poteva generare un campo magnetico. Come???
Il nostro amico stava osservando l'ago di una bussola posto nelle vicinanze di un cavo, attraverso cui venne fatta scorrere della corrente. L'ago, come spinto da qualche strana e sinistra forza, si mosse e qualcuno capì che, per muovere un ago magnetico, ci doveva per forza essere un campo magnetico! In effetti, è così: se facciamo scorrere la corrente lungo un filo, essa genererà un campo magnetico B, che è dato nientepopodimenoche dalla Legge di Biot-Savart, o meglio ancora, dalla Legge di Ampère (quest'ultima risulta essere più comoda per i calcoli, in caso si considerino un gran numero di correnti).
Quindi, nel nostro caso, se Electro facesse scorrere della corrente all'interno di un filo, potrebbe creare un campo magnetico? Assolutamente sì. Se poi Max Dillon fosse così astuto, potrebbe attorcigliare dei cavi di rame attorno ad un pezzo di ferro e, grazie alla sua capacità di scaricare corrente, avrebbe creato un potente elettromagnete! Tanto più intensa sarà la corrente che circolerà nel filo, tanto maggiore sarà il campo magnetico da essa generato. Inoltre, cambiando direzione alla corrente all'interno dei fili, Electro sarebbe in grado persino di cambiare la direzione del campo magnetico generato dalla sua nuova elettrocalamita.

E Magneto?
Oersted ed Ampère non furono di certo gli unici a studiare l'interazione tra elettricità e magnetismo. Possiamo osservare che avvicinando o allontanando un magnete ad un circuito collegato ad un galvanometro, lo strumento rileverà la presenza di una corrente. In effetti, fu proprio grazie ad un esperimento simile che il fisico Michael Faraday giunse all'elaborazione della nota legge.
Perciò, se una corrente variabile nel tempo, che attraversa un filo, può generare un campo magnetico, perché non può succedere il contrario? Ossia, perché un campo magnetico variabile nel tempo non può generare una corrente all'interno di un filo?
Questo principio, che viene abilmente illustrato nella Legge di Faraday ha grandi applicazioni pratiche. Pensiamo ad una centrale elettrica. Le centrali per la produzione di energia elettrica, con cui compiamo le nostre azioni quotidiane (anche leggere questo post estremamente prolisso, per inciso) utilizzano bene o male lo stesso metodo per generare corrente. Che siano alimentate a carbone, petrolio, gas naturale o che siano collegate a impianti per la fissione nucleare, in tutti questi tipi di centrali l'acqua viene fatta bollire ed il vapore viene spinto nelle turbine, le quali azionano una dinamo. La dinamo, non è nient'altro che una spira (cioè un filo attorcigliato a formare anelli) immerso in un campo magnetico generato da una calamita. Che si faccia girare la spira oppure il magnete, variando in continuazione la direzione del campo  B permanente, si otterrà lo stesso risultato: inizieremo a produrre corrente. Proprio quel che succede all'interno di una turbina delle centrali elettriche.
Anche Magneto può produrre pericolose scariche elettriche? Assolutamente sì, cambiando ripetutamente la direzione e l'intensità dei campi magnetici da lui creati, Magneto può persino costruire trappole mortali per i nostri eroi mutanti, scaricando su di loro pericolose scosse elettriche.
Perciò, come fanno Magneto ed Electro ad essere un tuttuno? Grazie a due equazioni e alle evidenze sperimentali. Da una parte sappiamo che una corrente variabile nel tempo riesce a creare un campo magnetico, dall'altra sappiamo che un campo magnetico che cambia nel tempo riesce a generare una corrente. Quindi, sia Electro che Magneto, in potenza, hanno gli stessi identici poteri; ma poiché essi non lo sanno, uno continua ad impiegare la sua elettricità per combattere Spidey, l'altro utilizza i suoi campi magnetici per cercare di avere la meglio sul Professor X. Benché in realtà entrambi abbiano tratto giovamento dall'applicazione pratica delle leggi di Ampère e Faraday.
Ma in fondo è anche questo il bello dei fumetti, perché avere un nemico solo, quando puoi averne due con dei poteri fighissimi e (come abbiamo imparato) apparentemente diversissimi?
Concludo riscrivendo per esteso le equazioni che ho citato. Visto che, alla fine, di matematica se n'è usata davvero poca?

Legge di Coulomb:     F = k [(q × q0) / r²]                                 k = 1/ (4πε0)
Legge di Gauss per B:   Φs (B) = 0                      
Legge di Biot-Savart:    B = (μ0 I) / (2πr)
Legge di Ampère:     C (B) = μ0 [ j +  (∂E / ∂t) ε0 ]    C (B) = circuitazione di B
Legge di Faraday:    C (E) = - ( ∂B / ∂t)

N.B. Nella legge di Ampère e di Faraday E e B a destra dell'uguale intendono i flussi del campo elettrico e magnetico, rispettivamente; e Φs indica il flusso di B attraverso una superficie chiusa S. Inoltre ε0 e μ0 sono due costanti che indicano la permeabilità dielettrica e magnetica nel vuoto, rispettivamente.
Infine, queste sono solo alcune delle forme che le varie leggi possono prendere! Su siti e vari libri potrete trovarle scritte con diciture diverse!

Matt - Il Locandiere


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