Lo schermo coperto da stagnola non è un condensatore piano. Esso è solamente una delle armature di un condensatore, l'altra essendo costituita da una struttura metallica presente all'interno del cinescopio e aderente alla parte interna del vetro dello schermo, come vedremo fra poco. Il dielettrico di questo condensatore è il vetro dello schermo. Un condensatore (piano o no) è infatti costituito da due armature separate da un dielettrico. Il “pannello coperto dalla stagnola” o “il palmo della tua mano” non sono “condensatori piani”: essi sono solamente dei conduttori a potenziale zero. Né, nella situazione illustrata, si comportano come una delle armature di un condensatore.

1. Per spiegare i fenomeni di cui ci occupiamo occorre prima vedere come è fatto il cinescopio a colori dei televisori e dei monitor per computer. Nei cinescopi a colori vi sono tre cannoni elettronici, uno per ognuno dei tre colori fondamentali – rosso, verde e blu - che per sintesi additiva producono sullo schermo tutti i colori dello spettro. I tre sottili fasci di elettroni vengono accelerati da una tensione positiva piuttosto alta, circa 30 o 35 KV, generata da un alimentatore contenuto nell'apparecchio, e vanno a colpire la parte interna dello schermo di vetro del cinescopio dopo avere attraversato una griglia – la “maschera forata” – nella quale vi sono un numero enorme di piccolissimi fori, uno per ogni pixel dello schermo. La tensione di accelerazione è applicata anche alla maschera forata. La parte interna dello schermo di vetro è ricoperta da un mosaico di puntini di fosfori dei tre colori, ogni puntino in corrispondenza di ciascuno dei fori della maschera forata. In tal modo gli elettroni che passano attraverso i fori provocano la fluorescenza dei fosfori dei tre colori nel modo giusto per la formazione dei colori delle varie parti delle immagini. Guardando da vicino un televisore in funzione si distinguono bene i pixel dei tre colori, disposti in modo regolare a tre a tre in una disposizione che può essere o allineata o a triangolo. Gli elettroni che invece vengono intercettati dalla maschera (nelle zone fra un foro e un altro) danno luogo a una piccola corrente che viene fornita dall'alimentatore di alta tensione. In più per aumentare la luminosità dell'immagine in genere la superficie dei fosfori viene ricoperta da un sottilissimo strato di alluminio, trasparente per gli elettroni: ciò allo scopo di riflettere verso l'avanti la maggior parte della luce di fluorescenza e aumentare la luminosità delle immagini. Anche questo sottile strato alluminato è collegato all'alta tensione.

2. Ed ora la causa dei fenomeni.
Quando copriamo lo schermo di un televisore o di un monitor per computer con un foglio di stagnola, creiamo un condensatore del quale una delle armature è costituita dalla maschera forata e dall'alluminatura interna del cinescopio, il dielettrico è lo spessore del vetro della parte anteriore del cinescopio e l'altra armatura è il nostro foglio di stagnola. Questo condensatore può avere la capacità di qualche centinaio di pF, "picoFarad" (qualche 10^-10 F), ed è indicato con C nel circuito equivalente riportato nella figura.

Ciò che colleghiamo all'armatura esterna: la palla di stagnola che oscilla toccando alternativamente la stagnola dello schermo ed una superficie conduttrice posta a potenziale zero, per esempio, o un semplice motorino elettrostatico (1), è un carico che porta via cariche dall'armatura esterna, ed è schematizzato con la resistenza Rc nel circuito equivalente. Quando accendiamo il televisore, è come se applicassimo di colpo l'alta tensione all'armatura interna del condensatore. È facile vedere che anche l'armatura esterna, essendo il condensatore inizialmente scarico (differenza di potenziale nulla fra le sue armature) viene portata di colpo a + 35 KV, tensione che andrà diminuendo man mano che il condensatore si carica attraverso la resistenza Rc. Durante questa fase transitoria, che può durare parecchi secondi essendo la resistenza Rc molto alta, si manifestano i fenomeni indicati nella domanda. Alla fine di questo periodo il condensatore è completamente carico, la differenza di potenziale fra le sue armature è di 35 KV, con l'armatura interna a + 35 KV e quella esterna a zero Volt.

Quando ora spegniamo il televisore, di colpo l'alta tensione viene portata a zero: il condensatore che era carico, con una differenza di potenziale di 35 KV fra le sue armature, ora comincia a scaricarsi. L'armatura esterna inizialmente verrà portata di colpo a – 35 KV, tensione che andrà diminuendo fino alla scarica completa, che vedrà ambedue le armature di nuovo a zero Volt. Anche durante questa seconda fase l'alta tensione (di segno opposto alla precedente) presente sull'armatura di stagnola dà luogo ai fenomeni “elettrostatici” descritti.

3. I fenomeni descritti.
Il fenomeno a cui si riferisce la domanda – l'oscillare di un conduttore isolato fra due elettrodi posti a potenziali molto differenti – è noto dal 1700 come “il pendolino elettrico”, come l'autore della domanda sa. Il conduttore viene inizialmente attratto dall'armatura ad alta tensione per il fatto che vengono indotte cariche di segno opposto sulla parte della sua superficie affacciata a quella armatura: attrazione elettrostatica. Quando il corpo tocca l'armatura, si carica tutto di cariche dello stesso segno, e viene respinto. Oscillando, va a toccare l'elettrodo distante (il palmo della mano, o il pannello coperto di stagnola) che è sostanzialmente a potenziale di terra; esso si scarica cedendo le cariche che aveva immagazzinato. Ora può tornare alla posizione di partenza, si ripete il fenomeno dell'induzione elettrostatica, e il ciclo continua fino a quando il potenziale dell'armatura aderente allo schermo del televisore ha un potenziale sufficiente. Il fenomeno comporta il passaggio netto di cariche fra l'armatura sul televisore e la terra. L'oscillazione laterale della palla di stagnola non abbiamo trovato essere un fenomeno riproducibile. La nostra spiegazione è che si tratti:

a) di una attrazione asimmetrica dovuta al non parallelismo fra i due elettrodi fra i quali si trova, oppure b) di rimbalzi anomali della palla dovuti al fatto che essa è di forma irregolare.

4. Ulteriori esperimenti.
Il fatto che l'armatura di stagnola sullo schermo del televisore si carichi positivamente all'accensione dell'apparecchio e negativamente al suo spegnimento è stato da noi verificato per mezzo di un elettroscopio a foglioline. Abbiamo avuto il sospetto che i fenomeni di carica e scarica dell'armatura esterna di stagnola siano più complicati di quanto appare per il fatto che la superficie interna dello schermo è in realtà bombardata da un notevole flusso di elettroni, e quindi il vetro dovrebbe tendere a caricarsi negativamente, o almeno meno positivamente di quanto dovrebbe. Abbiamo quindi eseguito il seguente esperimento. Abbiamo scollegato il circuito di riscaldamento del catodo dei cannoni elettronici, annullando quindi completamente il flusso di elettroni, e abbiamo ripetuto gli esperimenti con il pendolino elettrico, con l'elettroscopio e con il motorino elettrostatico. Il risultato è stato che nulla è cambiato rispetto alla situazione precedente. La conclusione è che si ha che fare con un vero e proprio condensatore con la armatura interna inizialmente a + 35 Kv quando l'apparecchio viene acceso, e inizialmente a –35 KV quando viene spento.

(1) Motorino elettrostatico: vedi su http://www.pegna.com alla voce “Strange motors”. È il primo dei “motori” illustrati.