Coulomb

1
Coulombs 1787 Newtonian force law The
Electrical Pendulum
2
Still in Advanced Textbooks

• Feynman

3
Restaging Coulombs Legacy

• The restaging of Coulombs torsion balance
  brought forward a number of issues dealing with
  precision, acceptance, rethoric, replicability,
  luck!

4
Restaging Coulombs Legacy

• Feynman
• The Torsion Balance is not precise

5
Restaging Coulombs Legacy

• Feynman
• Corroboration of the inverse square law is
  established through Gausss law and the
  corresponding zero field in a (not necessarily
  spherical) conductor.

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Restaging Coulombs Legacy

• Feynman Coulombs law is wrong

7
Hermeneutical Coulombian Circle!!!

• Textbook Physics Corroborates History
• History Corroborates Textbook Physics
• Are other circles possible?
• Let us try a
• Hermeneutical Voltaic Circle!!!

8
Force and Tension A comparison of the Torsion
Balance and the Electrometer

• Tension for the electrometer Voltas devices
• Volta against Coulomb
• Torsion for tension Kelvins elecrometers

• Coulomb and the Newtonian forces
• The torsion balance and the electrical pendulum
• The corroboration of Coulombs law
• Is it a fundamental law?

9
Force and Tension A comparison of the Torsion
Balance and the Electrometer

• Not so different after all both based on
  repulsive electrical forces in equilibrium, in
  one case with elastic torsion, in the second case
  with weight.
• The measurement of forces or tensions largely
  depends on the theoretical background

10
Torsion for Tension

• Kelvins Electrometers show that the two
  instruments are not intrinsecally different

11
Volta refused Coulombs lawWhat did he want to
quantify?

• Volta wanted to measure a tension force, an
  effort to push outwards but mostly he wanted to
  measure a tendency (intensity, tension) towards
  equilibrium and thus a quantity that tends to
  diminish approaching equilibrium.
• Newtons force does not diminish towards
  equilibrium, but Leibniz vis mortua does
• Voltas in-tension is better understood in a
  Scholastic and Leibnitian context

12
1782 Contributions towards the discovery of
water composition

• Paris experiments with Lavoisier and Laplace

13
1783 Analogies, Heat
14
1786-89 Electrometers and Electrometry
Electrical Meteorology
15
1790 Eudiometric Measurements
16
1792 Contact Electricity between Metals
Memoria seconda (14 May) E la diversità de
metalli che fa A bimetallic arch acts also on
nerves alone, and on the tongue Transunto (June),
Memoria terza (November) Metals veri motori di
elettricità First class conductors (metals) of
different kind have an electromotive power that
is generated in the contact point between them
and the second class conductors (liquids)
17
1793 Airs Dilatation Coefficient at Constant
Pressure
18
1794 Waters Vapour Tension
19
Voltas Theory 1783 Calore

• il calore tende continuamente ad espandersi che
  si diffonde, e comunica dai corpi più caldi ai
  meno caldi, fino a tanto, che si venga ad
  un'azione equilibrata, cioè, che sian ridotti
  essi corpi ad una temperatura eguale
• il calore, per l'innata sua tendenza
  all'equilibrio, si distribuisce ne' corpi a
  proporzione della loro capacità
• un altro esempio tratto dall'elasticità
  dell'aria, la quale può in certa qual maniera

20
Voltas Theory 1783 Calore

• rappresentare l'espansibilità del calore, per cui
  tende egualmente, che quella all'equilibrio.
  L'esempio, che abbiamo preso dall'elasticità
  dell'aria, avremmo potuto prenderlo egualmente
  dalla velocità, che si comunica da un corpo
  all'altro per mezzo del semplice urto,
  dall'elettricità, che si propaga da uno in altro
  conduttore per ricomporsi ad equilibrio ec. e in
  generale da ogni cosa, che si riparte, e si
  distribuisce giusta le stesse leggi di equilibrio

21
Factorisation

• Tutto avrebbe stabilita, e confermata questa
  proposizione che le capacità rispettive di due
  corpi sono in ragione reciproca delle mutazioni,
  che soffrono in più o meno, mercè quel riparto,
  che li conduce ad uno stato di azione equilibrata
• C1DT1C2DT2

22
Voltas theoretical works Interdisciplinarity

• We know that Volta did not confine himself to
  electricity, but that he dealt at the same time
  with heat, pneumatics and chemistry
• Is his concept of in-tension confined to
  electricity or is it common to all fields of his
  researches?

23
Factorisation
24
Voltas Theory 1778-80 Saggio Teorico e
Sperimentale

• analogia fuoco-fuoco elettrico
• affinità, ossia forze attrattive delle minime
  parti di ciascun corpo verso il nostro fluido
• forze mutue attrattive distinte dalla universale
  gravitazione

• capacità il fluido non già è ripartito nella
  semplice ragione delle masse e dei volumi ma in
  ragione delle rispettive forze attraenti

25
Voltas Theory 1784 Lezioni Compendiose

• lo stato, ossia lintensione dellelettricità
• Egli è facile il concepire, che lazione
  dellelettricità, è in ragione composta della sua
  intensità, e della capacità de conduttori

26
Voltas research programme

• For Volta the electric fluid is one and in a
  state of equilibrium, that is neutral. This
  depends on the mutual forces between the
  particles of the body and the fluid, forces that
  are balanced. When this state of equilibrium is
  modified, for instance through friction, because
  of the unbalance, an electric charge is perceived
  (accumulation or diminution of fluid) that tends
  to regain the equilibrium state. This tension is
  characteristic of the body and depends on its
  capacity to store charges according to the
  relation QCT.

27
Voltas research programme

• The tension tends to expell charges (excess of
  fluid) towards other bodies, in a different
  state. If (conducing) bodies are in contact, the
  charge is divided in relation to the capacity of
  the bodies. If a discharge is produced, the
  effect depends both on the tension and on the
  quantity of charge. Moreover the tension (?the
  charge) produces an electrical atmosphere (a
  sphere of activity) that acts at (great)
  distances and thus diminishes with the inverse of
  the distance and not with the inverse square.

28
Voltas research programme

• This in turn produces an unbalance in the
  electrical fluid of the bodies immersed in this
  atmosphere, an actuation (induction) is produced,
  and these bodies acquire a potential electricity,
  and thus a tension. Charges of opposite sign face
  each other and an attraction follows. On the
  basis of this attraction principle all the
  electrical phenomena can be explained, keeping in
  mind the tension (expandibility of the fluid) and
  the actuation produced by the atmospheres.

29
Voltas research programme

• When instead charges of the same sign face each
  other the tension (and the consequent attraction)
  manifests itself towards other bodies (including
  air) and thus the apparent effect of repulsion is
  attributed to these attraction towards other
  directions.

30
Voltas research programme

• Summarising Volta introduces two quantities not
  only the total amount of the quality (charge)
  but also the state of the body (its tension). One
  extensive (additive) and the other in-tensive
  (non additive) related together through the
  specific capacity of the bodies to store the
  extensive quantity. Thus the intensive quantity
  is given by the ratio between the extensive one
  and the capacity (volume) TQ/C

31
Voltas research programme

• The same relation connecting Charge, Capacity and
  Tension can be applied to Heat (fire, caloric
  fluid), to the air and to the quantity of motion.
  In other words if we have definite quantities of
  some qualities that are conserved during the
  process, the state of these quantities is
  characterized by a tendency towards equilibrium
  that depends on the capacity of the body that
  stores the given quantity. A small capacity
  (extension), implies a great in-tension towards
  equilibrium.

32
Voltas research programme

• Thus a quantification of qualities is achieved.
  Capacity is extensive (additive) as the quality
  it refers to, in-tension instead is intensive
  (non additive). The product of the intensive
  factor by the extensive factor is a constant
  depending on the various situations.

33
Voltas research programme

• This kind of approach, even if Volta does not
  outlines the effects of the riequilibrium of the
  fluids (of the qualities) and he does not
  introduce the concept of work (about to be born)
  is linked to principles of equilibrium,
  cause-effect, conservation, to tendencies to
  reestablish the perturbed equilibrium, through
  the actuation of potential (virtual) qualities.
  There are no references to Cartesian mechanicism,
  nor to Newtonian forces. Rather a scholastic
  terminology mediated by Leibniz and Boscovich.

34
Voltas research programme

• Obviously I am not pre-dating the formulation of
  energy conservation Voltas conserved quantities
  are usually substances (electric fluid, heat,
  air) and not functions (except perhaps in the
  case of quantity of motion), obviously again
  there is no conversion (of substances!) but
  extended use of analogies
• But, as usual, this is not the end of the story

35
The Galvani-Volta debate chronology

• Volta
• 1792 Prime reazioni
• 1792 Teo spec.contatto
• 1795 Teo gen.contatto
• 1797 Elettrom. cond
• 1799 Pila
• 1801 Identità due fluidi

• Galvani
• 1781 1o Esperimento
• 1786 2o Esperimento
• 1791-2 Commentarius
• 1794 3o Esperimento
• 1797 Memorie

36
Galvani 1781 Primo EsperimentoContrazioni in
presenza di scariche
37
Galvani1786 Elettric. atmosfericaRana come
elettrometro
38
Galvani 1786 2 EsperimentoContrazioni senza
scariche
39
Galvani 1786 2 EsperimentoArchi
conduttori, elettricità animale
40
Galvani 1786 2 EsperimentoInterpretazione
muscoli come bottiglie di Leyda
41
Galvani 1791-2 Il De Viribus
42
Galvani 1791-2 Il De Viribus

• Diviso in 4 parti
• 1. Contrazioni con elettricità artificiale (primo
  esperimento)
• 2. Contrazioni con elettricità atmosferica
• 3. Ipotesi elettricità animale, contrazioni con
  arco monometallico, maggiori contrazioni con
  archi bimetallici (secondo esperimento)
• 4. Tesi elettrofisiologiche basate
  sull'elettricità animale

43
Galvani 1791-2 Il De Viribus
44
Volta 1792 Prime Reazioni

• Prima memoria (24 marzo-5 maggio)
  Dallincredulità al fanatismo al dubbio
• a) Accettazione elettricità animale e archi
  conduttori
• b) Due metalli necessari per contrazioni con
  animali interi
• c) Ipotesi metalli elettromotori
• d) Spiegazione alternativa del primo esperimento
  di Galvani atmosfere immateriali

45
Volta 1792 Teoria speciale del contatto

• Memoria seconda (14 maggio)E la diversità de
  metalli che fa Arco bimetallico agisce sui soli
  nervi, sulla lingua
• Transunto (giugno), Memoria terza (novembre) i
  metalli veri motori di elettricità
• I conduttori di prima classe (metalli) di specie
  diverse hanno un potere elettromotore che si
  genera nel punto di contatto tra essi e i
  conduttori di seconda classe (umidi)

46
1792
47
Galvani 1794 Terzo EsperimentoContrazioni senza
metalli
48
Volta 1795 Teoria generale del contatto
E la diversità de conduttori che è
necessaria Terza lettera a Vassalli (7 ottobre)
Esse (esperienze) mostrano soltanto, che sono io
andato troppo innanzi asserendo, che non si
potrebbe mai collapplicazione di soli conduttori
umidi, ossia di 2a classe, senza lintervento
cioè di alcun metallo o conduttore di 1a classe,
eccitare le convulsioni nelle rane
49
Galvani 1797 Memorie a Spallanzani

• Egli vuole questa elettricità la stessa che
  quella comune a tutti i corpi io, particolare e
  propria dellanimale egli pone la causa dello
  sbilancio negli artifizi che si adoprano, e
  segnatamente nella differenza dei metalli io,
  nella macchina animale egli stabilisce tal causa
  accidentale ed estrinseca io, naturale ed
  interna egli in somma tutto attribuisce ai
  metalli, nulla allanimale io, tutto a questo,
  nulla a quelli, ove si consideri il solo
  sbilancio

50
Un confronto