Elettromagnetismo

Elettromagnetismo  Parte dell'elettrologia che studia le interazioni tra campi elettrici e campi magnetici.

u Fisica

L'insieme  di tutti i fenomeni elettromagnetici è descritto dalle equazioni di Maxwell che, in notazione vettoriale, si possono scrivere nella forma:

dove E e H indicano le intensità del campo elettrico e del campo magnetico, la polarizzazione elettrica, B l'induzione magnetica, r la densità di carica elettrica,la densità di corrente; E e H sono legati a D e B  nei mezzi omogenei dalle relazioni

D = eE, B = mH,

dove e e m sono rispettivamente la costante dielettrica assoluta e la permeabilità magnetica assoluta. Le equazioni di Maxwell costituiscono le leggi fondamentali di tutta l'elettrologia nel senso che esse forniscono un'interpretazione soddisfacente per tutti i fenomeni elettrici, magnetici ed elettromagnetici. Ognuna delle equazioni precedenti è direttamente collegata a qualche fatto fisico fondamentale. La prima equazione di Maxwell è la forma differenziale della legge o teorema della circuitazione di Ampère che asserisce che la circuitazione dell'intensità del campo magnetico lungo una linea chiusa G è proporzionale all'intensità di corrente concatenata con G, cioè in forma integrale:

dove S è una qualunque superficie di contorno G, dè un vettore tangente a G e dS è perpendicolare a S e il suo verso è legato al verso di percorrenza di G. L'esistenza del termine, D/ noto come corrente di spostamento, è associata a un altro fatto fisico fondamentale: la variazione di un campo elettrico genera un campo magnetico. Dalla prima equazione di Maxwell si può inoltre ricavare la prima legge di Laplace: l'intensità del campo magnetico dH  prodotto in un punto O dello spazio da un elemento dl nel punto P di un conduttore percorso da una corrente i è dH = i r dl/4pr, dove dl è un vettore di modulo dl parallelo alla densità di corrente e r = OP. La seconda equazione di Maxwell è la forma differenziale della Iegge dell'induzione di Neumann-Lenz: la variazione del flusso dell'induzione magnetica B genera in un circuito concatenato con tale flusso una forza elettromotrice indotta; precisamente vale la relazione integrale

che esprime la proporzionalità tra la circuitazione del campo elettrico lungo G e la variazione nell'unità di tempo del flusso diattraverso ogni superficie S di contorno G. Le ultime due equazioni di Maxwell sono una conseguenza diretta delle prime due e della conservazione della carica, ma sono di solito scritte esplicitamente per la loro importanza fisica. La terza equazione asserisce che le linee di forza del campo elettrico iniziano e terminano su cariche elettriche, oppure, in assenza di cariche, sono linee chiuse. L'ultima equazione esprime l'impossibilità di ottenere masse magnetiche isolate, perciò le linee di forza del campo magnetico sono sempre chiuse. In assenza di cariche e di correnti elettriche i vettori E e H soddisfano le seguenti equazioni differenziali del secondo ordine:

 

dove D = /x + /y + /z è l'operatore di Laplace. Da queste equazioni si deduce che il campo elettrico e quello magnetico si propagano nello spazio come un'onda di velocità

; in particolare nel vuoto u coincide con la velocità della luce  . Il campo elettrico e il campo magnetico sono indissolubilmente legati l'uno all'altro: non si può avere propagazione di un campo elettrico non accompagnato da un campo magnetico; inoltre E e H  sono ortogonali tra loro e alla direzione di propagazione; questo nuovo tipo di campo è detto campo elettromagnetico. Sulla base di questi risultati che costituiscono il contenuto più importante delle equazioni di Maxwell si è sviluppata la teoria delle radiazioni elettromagnetiche, e in particolare la teoria elettromagnetica della luce.

Le onde elettromagnetiche sono sempre prodotte dall'accelerazione di cariche elettriche come ad es. nei circuiti oscillanti, negli acceleratori di particelle cariche, ecc. A differenza delle equazioni fondamentali della meccanica classica, le equazioni di Maxwell sono invarianti per trasformazioni di Lorentz, sono quindi compatibili con la teoria della relatività.