L´amicizia tra la candela e il cosmo

Da una conferenza con esperimenti in un liceo

Il titolo si riferisce all’amicizia o legame tra piccole cose e leggi universali, che è un aspetto fondamentale dell’insegnamento del grande Michael Faraday (1791-1867).
Questo aspetto era stato lodato da Charles Dickens (1812-1870), e perciò l’amicizia del titolo riguarda anche l’armonia di idee tra il più grande uomo di scienza e il più grande uomo di lettere dell’Inghilterra dell’era vittoriana.

La porta di fuoco

Da bambino povero quale era, Michael Faraday studiò mentre era apprendista in una legatoria, e diventò un grande scienziato e un grande insegnante. Fu proprio per insegnare la filosofia naturale ai bambini che a 34 anni fondò le Christmas Lectures. Si svolgevano (e tuttora si svolgono ogni anno) nel teatro della Royal Institution a Londra.
Faraday tenne queste lezioni per diciannove anni, e il suo tema favorito era La storia chimica di una candela.

Ho trattato questo tema in un’altra occasione, e dipendesse da me, mi piacerebbe ripeterlo quasi tutti gli anni tanto grande è l’interesse per questa materia e tanto belle sono le varie applicazioni che offre nei vari settori della filosofia.
Non c’è legge che governa l’universo che non entri in gioco, e che non sia toccata da questi fenomeni. Non c’è porta più aperta per entrare nello studio della filosofia naturale, che considerare i fenomeni fisici di una candela.

E davvero, la piccola candela è la porta di fuoco attraverso la quale Faraday entra nella descrizione di fiamme, ombre, combustione, vapori, acqua, stati della materia… aria, correnti, liquidi, capillarità, sifoni… produzione di idrogeno, ossigeno, acido carbonico…
Gli esperimenti che Faraday propone sono meravigliosi, estremamente semplici eppure profondi. Sono spiegati con un linguaggio molto dolce e si è gentilmente forzati a ripeterli da sé. Si sente qui l’eco di una conversazione tra i personaggi del libro di Mrs. Marcet, tanto caro a Faraday.

- A dir la verità, Sig.ra B., preferisco le scienze che mostrano la natura su grande scala, a quelle che sono confinate nelle minuzie di dettagli piccoletti…
- Mia cara Carolina, anche la Natura ha il suo laboratorio, che è l’universo, e là lei è sempre impegnata in esperimenti chimici…

Nelle mani di Faraday, i dettagli piccoletti e l’universo sono combinati. Una tale combinazione è molto appropriata per la mente del bambino come per la mente scientifica, e viene illustrata da Faraday con una luccicante varietà di esperimenti. Sono esperimenti che si possono ripetere con materiali semplici. È un tema che ha affascinato in ogni tempo.

All’inizio del cinquecento Leonardo studia sul Codice Atlantico l’ombra di una candela illuminata dal sole. Anche Faraday propone questa ombra della fiamma, mostrando come in essa si possa sorprendentemente distinguere una zona scura che corrisponde alla zona luminosa della fiamma!
A metà del seicento Robert Hooke nella sua lezione Lampas indaga le diverse zone della fiamma con un vetrino. Quando viene inserito nella zona grigia il vetrino si appanna un poco: è il fumo che vi si condensa sopra. Inserito invece nella zona luminosa, il vetrino si copre di uno strato nero di fuliggine, che si può cancellare con la gomma. In questa zona vi sono piccolissimi granelli di carbone, come scintille minuscole che bruciano tutte radunate. Hooke nota inoltre che lo stoppino non brucia nella zona grigia, dove è circondato solo da fumo, mentre fuori da essa brucia e così si accorcia.

Degli esperimenti di Faraday, ripercorriamo quelli sulla produzione di vapore di cera e sulla produzione di acqua.

Ora metteremo con attenzione un tubicino dentro la fiamma, e non dovrò stupirmi se saremo capaci, con un po’ di cura, di far sì che il vapore passi attraverso il tubo all’altra estremità, dove lo accenderemo e otterremo assolutamente la fiamma della candela in un posto distante da essa. Ora, guardiamolo. Non è un bellissimo esperimento? Si parla delle tubazioni del gas – perché, noi possiamo fare le tubazioni di candela! E voi potete vedere che ci sono chiaramente due diversi generi di azione – uno è la produzione del vapore, e l’altro è la sua combustione ed entrambi avvengono in luoghi specifici della candela.

Ora togliamo la candela che è rimasta a bruciare sotto la scodella contenente ghiaccio e sale, e voi vedete una goccia d’acqua – un prodotto condensato della candela – che pende dal fondo della scodella. Vi mostrerò che il potassio agisce su di essa come sull’acqua della bacinella nell’esperimento fatto prima.

Anche oggi la candela di Faraday non ha smesso di ardere. Il libro da essa ricavato nell’800 si può scaricare in inglese da archive.org, mentre la traduzione italiana è resa disponibile dall’Istituto Treccani. Ancora oggi la sua lezione è riproposta, come science-show, da grandi divulgatori quali Ian Russell e Pietro Cerreta.
Ma non solo gli insegnanti e divulgatori usano la candela (e altri oggetti semplici). La usano anche gli scienziati e gli studiosi nelle monografie di livello universitario.

La fiamma azzurra in bottiglia

Lo studioso della combustione Roland Borghi nel suo “Combustion and Flames: Chemical and Physical Principles” si serve della fiamma della candela per illustrare i tre aspetti principali della combustione: reazione chimica, trasferimento di calore e trasferimento di massa.
Borghi descrive anche un altro tipo di fiamma. La candela è infatti un esempio di fiamma di diffusione o non-premiscelata. Ma c’è un’altra categoria di fiamme, le fiamme premiscelate, di cui è esempio la fiamma azzurra in bottiglia.

Nel caso delle fiamme premiscelate, le reazioni chimiche richiedono o una singola sostanza chimica (nel qual caso è un “esplosivo” potenzialmente pericoloso), o due differenti sostanze che vengono miscelate prima di raggiungere il sito di combustione. Esempi pratici di fiamme premiscelate sono i fornelli a gas o il motore ad accensione comandata. Una fiamma di questo tipo si può produrre con molta facilità (e sicurezza!) per mostrare la sua principale proprietà, che è diffondere, in un semplice esperimento che tutti possono eseguire, rispettando alcune basilari procedure di sicurezza. L’esperimento è qui descritto (tratto da Pedro Garcia Ybarra, della Universidad Nacional del Educación a Distancia, Madrid).

Prendete una bottiglia di vetro vuota, e riempitela con gas da un accendino spento. Il modo migliore per fare ciò è di tenere l’accendino nel collo della bottiglia per circa trenta secondi (per una bottiglia da un litro). Poi mescolate i contentuti della bottiglia con uno stecchino lungo, chiudendo la bottiglia con la mano per limitare la fuga del gas. Alla fine accendete l’accendino e tenete la fiamma sul collo della bottiglia [è ancora più prudente accenderla con uno stecchino da lontano, noi facciamo così].

Finché non mettete le dita o la faccia vicino all’apertura l’esperimento non sarà pericoloso, perché anche se la temperatura del gas che brucia è molto alta (circa 1500°C) la quantità di energia prodotta è molto piccola e solo causa un lieve aumento di temperatura della bottiglia, e ancor meno della vostra mano. Una fiamma, che appare come una sottile superficie blu, si forma nel collo della bottiglia e si propaga verso la base della bottiglia, rimanendo più o meno perpendicolare alla sua direzione di propagazione.

In questo esperimento, la fiamma, una zona fine e bluastra che si propaga, è molto diversa dalla fiamma prodotta da una candela. Comunque, gli stessi (o perlomeno molto simili) fenomeni sono coinvolti, basati sui tre principali aspetti prima menzionati.

Armato di candela non premiscelata e di fiamma azzurra propagantesi in miscela imbottigliata, Borghi procede nella sua monografia a illustrare il funzionamento di tutte le combustioni: in motori (a scoppio, diesel, turbojet, razzi), bruciatori (accendini, bunsen, fornelli, forni industriali) e fuochi (esplosioni e incendi).
Davvero la piccola candela di Faraday è la porta di fuoco per entrare a studiare come funzionano le cose.

L’amicizia tra la candela e il cosmo

Nel 1843, mentre Faraday si apprestava a tenere le Christmas Lectures sui Primi principi dell’elettricità, uno scrittore trentenne, Charles Dickens, girava per le miniere di stagno della Cornovaglia, nelle scuole dei sobborghi di Londra, e ovunque vedeva le terribili condizioni dei bambini dell’epoca. Aveva già scritto due grandi romanzi – Il Circolo Pickwick (1836) e Oliver Twist (1838) – e ora pianificava di scrivere un pamphlet di denuncia per migliorare la situazione dei figli dei poveri.
Improvvisamente chiamò il suo editore, e gli disse di aspettare, che aveva “una martellata ventimila volte più tosta”. Aveva elaborato Un Canto di Natale. Pensava che sarebbe stato molto meglio di un libretto polemico. Pubblicato il 17 dicembre, alla vigilia di Natale aveva venduto 6000 copie, e a maggio la settima edizione era esaurita.

Dickens, che incitava lavoratori e padroni a unire le forze per combattere l’ignoranza con una riforma educativa, fondò nel 1850 un giornale per ragazzi, Household Words (Parole Casalinghe). In esso, chiese a Faraday di poter pubblicare le sue lezioni sulla candela, insieme ad altre lezioni per bambini che Faraday stava tenendo in quel periodo, le Lezioni sul Tavolo della Colazione.

Devonshire Terrace / 31 maggio, 1850

Mio caro Signore,
non so dirle come sono molto colpito dalla sua grande gentilezza, e che onore sento per avere il suo interesse nei miei libri.
Penso di poter fare qualcosa con la Candela; ma non la toccherò a meno che possa essere ri-accesa con la bella semplicità e chiarezza che si vede nelle sue note.
Poiché lei è così generoso da offrirmi le note delle lezioni a colazione, le prenderò quando le avrà terminate. Mi rincresce davvero, ora, non aver sentito le lezioni ai bambini, avrei avuto un grande piacere a descriverle, per quanto generalmente.
Le chiederei il grande favore di permettermi (o di permettere al mio editore se fossi così sfortunato da non potere) di partecipare alla sua prossima lezione; perché un successivo confronto tra il ricordo e le note potrebbe aiutarci molto.
La prego di lasciarmi aggiungere, avendola da lungo rispettata, e avendo fortemente sentito il debito che la Società le deve, che il giorno in cui mi son preso la libertà di scriverle sarà sempre un giorno memorabile nel mio calendario, se daterò da esso – come spero – l’inizio della sua personale conoscenza.
Mio caro signore / vostro fedele e obbligato / Charles Dickens
Michael Faraday Esquire

Le lezioni di Faraday, adattate da Dickens e Percival Leigh, sarebbero diventate La Chimica della Candela, Il Laboratorio nel Petto, Il Mistero del Bollitore di Thé, La Chimica di una Pinta di Birra.
L’amicizia o armonia di idee tra Faraday e Dickens è un esempio molto istruttivo di amicizia tra scienze e lettere. Non sempre infatti scienze e lettere sono in amicizia.

For the advancement of science

La prospettiva realista e insieme aperta al mistero dell’universo venne poi persa nelle lezioni di John Tyndall, successore di Faraday alla Royal Institution.
Egli faceva belle lezioni, con esperimenti tipo le candele cantanti. Ma soprattutto proponeva apparati più complessi, quasi da ricerca. Essi potevano essere più scenografici rispetto agli oggetti semplici, ma incorporavano il rischio di offrire ai bambini non una cosa su misura, ma la stessa scienza degli adulti, solo un po’ diluita.
È lo stesso rischio per cui, in nome della serietà, si diluiscono i testi universitari in quelli delle superiori, e quelli delle superiori in quelli delle medie, e quelli delle medie in quelli delle elementari, diluendo sempre ma senza cambiare impostazione.
Tyndall, come del resto la British Association for the Advancement of Science, era più incline a sottolineare la demarcazione, la differenza, tra conoscenza e mistero, tra scienze e lettere.
Da lì in poi sarà frequente che nella didattica della scienza gli apparati e gli esperimenti diventino sempre più illustrazioni di un rigore che è “scientifico” ma soprattutto asciutto, preciso, sterilizzato.

Dickens stesso aveva profeticamente satirizzato, in Tempi Difficili (1854), come gli eccessi di “rigore scientifico” potevano pervertire anche le idee sull’insegnamento a partire da oggetti semplici.
È la scena con cui si apre il romanzo, nella scuola di Coketown, in un’aula spoglia, anonima, monotona, lugubre dove la giovane Sissy Jupe, cresciuta in mezzo ai cavalli, non ne sa dare la definizione al maestro Gradgrind e al funzionario governativo M’Choakumchild. Ci riesce invece il suo compagno di classe Bitzer.

“Quadrupede. Erbivoro. Quaranta denti, cioè ventiquattro molari, quattro canini e dodici incisivi. La muta avviene in primavera; nei paesi umidi cambia anche le unghie. Zoccoli duri che però richiedono la ferratura. Età riconoscibile da segni nella bocca”. Così (e molto di più) Bitzer.
“Ora, ragazza numero venti, sai che cos’è un cavallo”, disse Gradgrind.

Science is fun

Negli ultimi tempi si assiste a un ulteriore passo avanti (o indietro, dipende) nella “diffusione della cultura scientifica”.
E non poteva essere che così, perché il rigore scientifico, non venendo applicato alle semplici cose quotidiane come una candela, finisce per essere staccato dalla realtà e non può servire come base per il primo insegnamento scientifico.
Il nuovo modo ha come parole chiave “science is fun”, la scienza è divertente. Basta guardarsi intorno, e si trovano esempi a migliaia. In questo tipo di esperienze anche l’enfasi sul rigore passa in secondo piano, prima deve venire il “fun”.

C’è da rimpiangere Tyndall. Anche Faraday e Dickens ci mettevano umorismo nelle lezioni e negli articoli, ma non gli davano il primo posto. La meraviglia suscitata dall’amicizia tra oggetti semplici e leggi cosmiche, è fun ma è anche molto di più. Spinge a essere altrettanto.

e così voi vedete che l’analogia tra respirazione e combustione è bella e forte. Anzi, tutto ciò che vi posso dire alla fine di queste lezioni (perché bisogna arrivare alla fine prima o poi) è di esprimere il desiderio che voi possiate, nella vostra generazione, essere paragonati a una candela; che, come lei, voi possiate brillare come luci per quelli intorno a voi; che, in tutte le vostre azioni, voi possiate dar giustizia alla bellezza dello stoppino rendendo le vostre opere onorabili ed efficaci nell’adempire ai vostri doveri verso i vostri fratelli.

Aggiungi un commento (3) Commenti

  1. Tomaso Iori | 31 dicembre 2011

    Ho visto le tue presentazioni in internet e sono veramente affascinato!
    Ti aspetto ancora per continuare gli esperimenti.
    Cose nuove e tanta felicità per il prossimo anno! Anche a tua fratello.

    Tomaso

  2. Gabriele Calzà | 22 febbraio 2012

    Davvero molto bello, l’articolo ma anche tutto il sito. Allestito con una cura ed un’eleganza d’altri tempi. Visitandolo, sembra di fare un tuffo nel passato, quando si correva di meno e si meditava di più.
    Complimenti.
    gvettore

  3. gabriella pellei | 20 settembre 2015

    Un articolo entusiasmante che apre la mente ad un insegnante!

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