Indice di questa quinta parte.
- I campi elettromagnetici 50
- La legge di Faraday 50
- La legge di Lenz 51
- Misure del campo magnetico53
- L’autoinduzione 53
- L’energia magnetica 55
- La legge di Ampere-Maxwell 56
- Le equazioni di Maxwell 57
L’evoluzione dei campi elettromagnetici
Lo studio dei campi elettromagnetici rappresenta la sintesi suprema della fisica classica, dove l’elettricità e il magnetismo smettono di essere fenomeni separati per fondersi in un’unica entità dinamica. Il punto di svolta teorico avviene con la scoperta che un campo magnetico variabile è in grado di generare una forza elettromotrice, dando origine al fenomeno dell’induzione elettromagnetica.
La legge di Faraday e la reazione di Lenz
La legge di Faraday stabilisce che la forza elettromotrice indotta in un circuito è direttamente proporzionale alla rapidità con cui varia il flusso del campo magnetico attraverso la superficie del circuito stesso. Questo principio è alla base della produzione di energia elettrica moderna. Tuttavia, la natura non permette variazioni arbitrarie senza una reazione: la legge di Lenz specifica infatti che la corrente indotta ha sempre un verso tale da opporsi alla causa che l’ha generata. Questa opposizione garantisce il rispetto del principio di conservazione dell’energia, evitando la creazione di correnti infinite dal nulla.
Autoinduzione ed energia nel campo magnetico
Un fenomeno strettamente collegato è l’autoinduzione. Quando la corrente in un circuito varia, essa genera un campo magnetico variabile che a sua volta induce una forza elettromotrice nello stesso circuito. Questo effetto tende a rallentare sia la crescita che la decrescita della corrente, agendo come una sorta di “inerzia elettrica”. L’energia necessaria per stabilire la corrente viene immagazzinata nel campo magnetico circostante. Questa energia magnetica può essere vista come la densità energetica distribuita nello spazio, descrivibile matematicamente attraverso una serie di funzione che tiene conto della configurazione geometrica del sistema, come nel caso di un solenoide.
La sintesi di Maxwell e le onde elettromagnetiche
Il completamento della teoria avviene con il contributo di Maxwell, che introdusse la corrente di spostamento nella legge di Ampere. Maxwell intuì che non solo un campo magnetico variabile genera un campo elettrico, ma che anche un campo elettrico variabile deve generare un campo magnetico. Questa correzione, nota come legge di Ampere-Maxwell, chiude il ciclo delle interazioni.
Le quattro equazioni di Maxwell sintetizzano l’intero elettromagnetismo. Esse descrivono come le cariche generano campi elettrici, come non esistano monopoli magnetici e come i campi interagiscano tra loro nel tempo. La soluzione di queste equazioni nel vuoto dimostra l’esistenza delle onde elettromagnetiche, che viaggiano alla velocità della luce. Ogni onda può essere scomposta, rivelando come la luce, le onde radio e i raggi X siano in realtà diverse manifestazioni dello stesso straordinario fenomeno fisico. Questa sintesi non solo ha rivoluzionato la fisica teorica, ma ha reso possibile l’intera era delle comunicazioni wireless e della tecnologia moderna.
