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Qual'è il significato fisico delle 4 equazioni di Maxwell dell'elettromagnetismo classico? |
In genere, non è semplice rispondere
a una domanda molto generale. Hertz, a questa stessa domanda, rispose dicendo che
a suo parere «le 4 equazioni di Maxwell sono la teoria di Maxwell». Con questo
intese dire che nelle 4 equazioni è raccolto tutto il senso dell'elettromagnetismo: dalla determinazione dei valori del campo elettrico e magnetico in ogni punto dello spazio alla previsione e spiegazione degli effetti di un campo
elettromagnetico variabile, ecc...
Le 4 equazioni di Maxwell costituiscono, pertanto, una modalità sintetica e riassuntiva di
esprimere le proprietà fondamentali del campo magnetico e del campo elettrico. In realtà, a un successivo livello di approfondimento, esse esprimono il fatto che esiste unicamente un solo tipo di campo, che è il "campo elettromagnetico". Si badi bene che il campo e.m. non è la semplice somma di un campo elettrico e di un campo magnetico. Esso è una nuova categoria scientifica che permette di spiegare e prevedere una vasta classe di fenomeni elettromagnetici.
Per discutere di elettromagnetismo maxwelliano un buon punto di partenza è quello di prendere nota dei legami che intercorrono tra la carica elettrica q, il campo elettrico E e il campo magnetico B. Diciamo pertanto che:
1a) una carica elettrica q in quiete è una sorgente di tipo polare per il campo elettrico E;
1b) un campo elettrico E, puntiforme e stazionario, è la causa degli effetti subiti da una carica q, in quiete o in moto, immersa nel campo;
2a) una carica elettrica q in moto è una sorgente di tipo non polare per il campo magnetico B;
2b) un campo magnetico B, stazionario, è la causa degli effetti subiti da una corrente elettrica i immersa nel campo B;
3) il campo magnetico B non ha sorgenti di tipo polare, ma è sempre il frutto della presenza di sorgenti di tipo dipolare;
4) il campo E è conservativo solo in presenza di una situazione stazionaria, mentre in generale esso non è conservativo in quanto qualsiasi sua circuitazione è diversa da zero in presenza di campi magnetici B variabili nel tempo;
5) il campo magnetico B non è mai conservativo in quanto qualsiasi sua circuitazione è diversa da zero sia in condizioni di stazionarietà sia, a maggior ragion,e se si è in presenza di campi E variabili nel tempo;
6) un campo magnetico B, variabile nel tempo, è una sorgente non polare per il vettore
campo elettrico E ed è sempre non conservativo;
7) il campo elettrico E ammette due sorgenti, una è la carica in quiete, l'altra è il campo magnetico B variabile nel tempo;
8) anche il campo magnetico B ammette due sorgenti, una è rappresentata da cariche elettriche in moto (come una corrente elettrica) e l'altra ha a che vedere con campi elettrici E variabili nel
tempo.
Delle 4 equazioni di Maxwell esistono, potremmo dire dire, diverse versioni. Quelle da noi studiate sono a livello liceale, molto semplici e senza il formalismo nè differenziale, nè integrale.
Mi fermo qui. Per ulteriori approfondimenti vedi bibliografia.