Oliver Heaviside: matematico e ingegnere, pioniere dell'elettromagnetismo
Oliver Heaviside: pioniere dell'elettromagnetismo, matematico e ingegnere che rivoluzionò i circuiti, le equazioni di Maxwell e la comprensione della ionosfera.
Oliver Heaviside (Camden, Londra 18 maggio 1850 - Torquay, Devon 3 febbraio 1925) è stato un ingegnere elettrico, matematico e fisico inglese autodidatta.
Sebbene fosse molto conosciuto nel mondo scientifico durante la sua vita, fu solo dopo la sua morte che la gente si rese conto di quanto avesse cambiato lo studio della matematica e della fisica. Usò i numeri complessi per studiare i circuiti elettrici e fece molto lavoro sulla teoria delle onde elettromagnetiche che rese necessario trovare nuovi modi di lavorare con le equazionidifferenziali. Lavorò sulle equazioni di campo di Maxwell e sull'analisi vettoriale. Una parte della ionosfera ha preso il suo nome: lo strato Kennelly-Heaviside. La sua personalità era molto eccentrica ed è un buon esempio di ciò che molte persone pensano come uno scienziato pazzo.
Biografia sintetica
Figlio di un maestro di scuola, Heaviside lasciò gli studi formali giovanissimo per lavorare come apprendista e poi come tecnico presso compagnie telegrafiche. Lì maturò l'interesse pratico per i problemi dell'elettricità e delle comunicazioni a distanza. Autodidatta, studiò i lavori di James Clerk Maxwell e tradusse, rielaborandole, molte idee complesse in metodi applicabili dagli ingegneri. Negli ultimi decenni della sua vita visse ritirato a Torquay, dove soffrì di problemi di salute e condusse uno stile di vita assai riservato. Nel 1922 gli fu riconosciuto un importante onore pubblico e morì nel 1925.
Contributi principali
- Teoria delle linee di trasmissione: Heaviside sviluppò le equazioni che descrivono la propagazione delle tensioni e delle correnti lungo i cavi (le cosiddette equazioni del telegrafo), introducendo parametri come impedenza caratteristica e costante di propagazione. Formulò la condizione di Heaviside per linee senza distorsione (rapporto R/L = G/C), fondamentale nelle telecomunicazioni.
- Analisi operazionale (calcolo operativo): propose un metodo per risolvere equazioni differenziali usando operatori (la cosiddetta "operational calculus"), tecnicamente non rigoroso all'epoca ma estremamente utile agli ingegneri; idee che saranno giustificate e formalizzate più tardi con trasformate di Laplace e teorie moderne.
- Funzione di Heaviside: introdusse la funzione gradino unitaria (oggi spesso chiamata funzione di Heaviside), diventata uno strumento standard nell'analisi dei segnali e nelle soluzioni delle equazioni differenziali con forzanti discontinue.
- Semplificazione delle equazioni di Maxwell e analisi vettoriale: semplificò le complicate formulazioni originali di Maxwell, contribuendo a ridurle alle quattro equazioni vettoriali più familiari; promosse inoltre un uso sistematico dell'analisi vettoriale (operatori come gradiente, divergenza e rotore).
- Predizione della ionosfera: suggerì l'esistenza di uno strato ionizzato nell'alta atmosfera che riflette le onde radio a onde corte, fenomeno che spiega molte osservazioni sulla propagazione a lunga distanza (lo strato Kennelly-Heaviside, così chiamato insieme a Arthur E. Kennelly).
- Teoria dell'effetto pelle e altri fenomeni di corrente alternata: studiò come le correnti si distribuiscono nei conduttori ad alta frequenza e altri aspetti pratici dell'ingegneria elettrica.
Opere e pubblicazioni
Il lavoro più noto di Heaviside è la monumentale opera in più volumi "Electromagnetic Theory" (pubblicata in varie parti tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo), oltre a numerosi articoli tecnici e note brevissime apparse su riviste dell'epoca. Molti dei suoi risultati furono inizialmente pubblicati come note o lettere e riuniti successivamente dagli editori.
Personalità e riconoscimenti
Heaviside era noto per il carattere schivo ed eccentrico: evitava spesso la vita accademica tradizionale e aveva abitudini insolite, ma la sua brillante intuizione e la sua capacità di tradurre problemi teorici in strumenti pratici lo resero estremamente rispettato tra gli ingegneri. Ricevette riconoscimenti in vita e postumi per il suo ruolo pionieristico nell'ingegneria elettrotecnica e nella fisica teorica.
Eredità
Le idee di Heaviside hanno profondamente influenzato lo sviluppo delle telecomunicazioni, dell'elettronica e della teoria dei segnali. Strumenti come la funzione gradino, l'operational calculus e la formulazione moderna delle equazioni di Maxwell sono entrati stabilmente nel bagaglio teorico e applicativo di ingegneri e fisici. Ancora oggi molte formule e concetti portano il suo nome o derivano direttamente dal suo lavoro.
Nota: questo testo conserva i riferimenti e i link presenti nell'articolo originale per consentire ulteriori approfondimenti.
Oliver Heaviside, ~1900
Vita
Heaviside nacque a Camden Town, Londra. Suo padre era un abile incisore di legno. Suo zio, Sir Charles Wheatstone (1802-1875), co-inventò il telegrafo e fece famosi esperimenti nel 1837 dalla Euston Station.
Heaviside era basso e aveva i capelli rossi. Quando era giovane soffrì di scarlattina che lo rese piuttosto sordo, soprattutto negli ultimi anni. Heaviside studiò alla Camden House School fino ai 16 anni e continuò a studiare a casa fino ai 18 anni. Ottenne un lavoro come operatore telegrafico e passò un po' di tempo a lavorare in Danimarca. Notò che le velocità operative erano del 40% più veloci dall'Inghilterra alla Danimarca che dall'altra parte, e nel 1871 trovò un difetto nel cavo telegrafico dall'Inghilterra alla Danimarca. Nel 1873 ottenne una copia della prima edizione del libro di Maxwell A Treatise on Electricity and Magnetism. Fu molto influenzato da questo libro che lo aiutò a produrre molte idee matematiche. In questo periodo lavorava a Newcastle. Nel 1875 tornò a Londra per vivere con i suoi genitori. Lì passò molto tempo a scrivere le sue scoperte, ma nessuno voleva pubblicare i suoi articoli perché erano troppo difficili da capire. Analizzò le correnti alternate 15 anni prima che iniziassero ad essere usate commercialmente.
Quando i suoi genitori si trasferirono a Paignton si trasferì con loro. Dopo la loro morte visse a Newton Abbott e poi, dal 1908 fino alla morte, a Torquay. Era celibe.
Comportamento eccentrico
Nella sua vecchiaia Heaviside divenne sempre più eccentrico. Era povero e viveva da solo in una grande casa a Torquay che non poteva permettersi di riscaldare adeguatamente. Gli piaceva quando gli amici gli facevano visita, ma molte persone erano scoraggiate perché spesso poteva essere scortese. Non sapeva cucinare, e un poliziotto amichevole veniva regolarmente a casa per portargli del cibo. Poiché Heaviside era sordo e non poteva sentire bussare alla porta, il poliziotto apriva la cassetta delle lettere e soffiava forte nel suo fischietto. La casa e il giardino erano in un terribile disordine. Aveva pezzi di granito in casa come mobili. Spesso metteva le lettere W.O.R.M. dopo il suo nome, per scherzo. Aveva preso a dipingersi le unghie delle mani di rosa. In almeno un'occasione si tinse i capelli di nero e, quando erano bagnati, indossava un teacosy sulla testa.
Quando, nel 1925, cadde da una scala e fu portato in ambulanza in una casa di cura, era la prima volta che saliva su un veicolo a motore. Disse all'autista dell'ambulanza che gli era piaciuto il viaggio. Morì nella casa di cura di Torquay un mese dopo e fu sepolto a Paignton.
Il suo lavoro
| Elettromagnetismo |
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| Elettricità - Magnetismo |
| Carica elettrica - Legge di Coulomb - |
| Magnetostatica Legge di Ampère - Corrente elettrica - Campo magnetico - |
| Elettrodinamica Legge della forza di Lorentz - emf - induzione elettromagnetica - legge di Faraday - legge di Lenz - corrente di spostamento - equazioni di Maxwell - campo EM - radiazione elettromagnetica - potenziale di Liénard-Wiechert - tensore di Maxwell - corrente parassita |
| Rete elettrica Conduzione elettrica - Resistenza elettrica - Capacità - |
| Formulazione covariante Tensore elettromagnetico - Tensore di stress-energia EM - Quattro-correnti - Quadripotenziale elettromagnetico |
| · v · t · e |
Heaviside era come Sir Isaac Newton in quanto lavorava da solo e non sempre pubblicava l'insieme dei suoi esperimenti. Scrisse molte idee nei suoi quaderni, ma non pensava che queste idee fossero pronte per la pubblicazione, eppure si rivelarono molto importanti. Per esempio, suggerì che c'era uno strato atmosferico conduttore molti chilometri sopra la superficie terrestre che poteva essere usato per inviare onde radio a lunga distanza intorno alla curvatura della terra. Nel 1923 fu effettivamente scoperto che c'erano strati complessi e ionizzati (chiamati "ionosfera"). Lo strato Kennelly-Heaviside fu poi chiamato così in suo onore. Nel 1950, 25 anni dopo la sua morte, c'erano più di 50 stazioni in tutto il mondo che sperimentavano la comunicazione radio nell'alta atmosfera.
Heaviside fece degli studi su come trasmettere chiaramente il discorso nelle comunicazioni telefoniche. Studiò la riflessione nei circuiti telefonici (questi producevano echi inquietanti). Dal 1886 passò la maggior parte del suo tempo sulla propagazione delle onde elettromagnetiche attraverso lo spazio che era stata sviluppata da Hertz e sul movimento degli atomi che era stato scoperto da J.J. Thomson.
Honours
Heaviside non era interessato a ricevere onori. Infatti, non ha mai guadagnato soldi dalle sue scoperte e spesso ha avuto difficoltà a pagare le bollette. Probabilmente fu molto contento di essere nominato Fellow della Royal Society nel 1891. Il governo gli assegnò una pensione di 120 sterline all'anno della Civil List. Nel 1908 fu eletto membro onorario dell'Institution of Electrical Engineers, e nel 1918 membro onorario dell'Americal Institute of Electrical Engineers. Nel 1921 fu la prima persona ad essere onorata con la Medaglia Faraday.
Una famosa citazione di Heaviside è: "Dovrei rifiutare la mia cena perché non capisco bene il processo di digestione"?
La tomba di Heaviside nel cimitero di Paignton
Pagine correlate
- Funzione di Heaviside
- Riluttanza magnetica
- Funzione delta di Dirac
- Cavo coassiale
- Medaglia Hughes
Domande e risposte
D: Chi era Oliver Heaviside?
R: Oliver Heaviside era un ingegnere elettrico, matematico e fisico inglese, vissuto dal 18 maggio 1850 al 3 febbraio 1925.
D: Che cosa ha fatto nel mondo scientifico?
R: Utilizzò i numeri complessi per studiare i circuiti elettrici e lavorò molto sulla teoria delle onde elettromagnetiche, che rese necessario trovare nuovi modi di lavorare con le equazioni differenziali. Lavorò anche sulle equazioni di campo di Maxwell e sull'analisi vettoriale, ed è accreditato come l'inventore del calcolo vettoriale.
D: Come è stato riconosciuto il suo lavoro?
R: Il suo lavoro è stato riconosciuto dopo la sua morte; le persone hanno capito quanto ha cambiato lo studio della matematica e della fisica. Una parte della ionosfera porta il suo nome - lo strato Kennelly-Heaviside - come tributo ai suoi risultati.
D: Che tipo di persona era Oliver Heaviside?
R: Oliver Heaviside aveva una personalità eccentrica, che spesso corrispondeva a quello che molte persone considerano lo stereotipo dello scienziato pazzo.
D: Qual è stato il suo contributo alla matematica e alla fisica?
R: Oliver Heaviside ha contribuito in modo significativo sia alla matematica che alla fisica, utilizzando i numeri complessi per studiare i circuiti elettrici, svolgendo un grande lavoro sulla teoria delle onde elettromagnetiche, lavorando sulle equazioni di campo di Maxwell e sull'analisi vettoriale e inventando il calcolo vettoriale.
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