Elettromagnetismo e Transfinito - Tesina

Paradigmi di slittamento: elettromagnetismo e transfinito

L’elettromagnetismo ricoprì, e ricopre tutt’oggi, un ruolo importantissimo nel mondo della fisica e delle tecnologie. L’evoluzione di questo concetto fu portata avanti durante il XIX secolo da tre grandissime personalità: Michael Faraday, James Clerk Maxwell ed Heinrich Hertz.

Il primo, nel 1821, cominciò una serie di numerosi esperimenti che dimostrarono come un campo magnetico attorno a un conduttore costringa un polo magnetico a spostarsi lungo un cerchio.

Senza saperlo Faraday aveva creato il primo rotore elettromagnetico della storia e dato le basi per la teoria dell’elettromagnetismo. Quello che il grande fisico scoprì era il fenomeno dell’induzione elettromagnetica, tuttavia alla pratica da lui esercitata mancava una teoria matematica che la potesse sostenere. Questa arrivò con Maxwell che nel 1873, con la sua opera più importante: “Trattato di elettricità e magnetismo”, riuscì a modificare e riportare sotto formule matematiche le quattro regole principali sulle quali si basavano le descrizioni di campi elettrici e magnetici.

Precedentemente a Maxwell le leggi erano le seguenti:

• Il campo elettrico è generato dalle cariche elettriche, da cui escono linee di forza dirette radialmente. Questa legge è espressa quantitativamente dal teorema di Gauss [Il flusso in un campo elettrico su una superficie chiusa è uguale alla somma delle cariche interne ad essa fratto la costante dielettrica].
• Non esistono poli magnetici isolati, e quindi non esistono punti dello spazio in cui entrano o escono più linee del campo magnetico B.
• Un campo magnetico variabile induce nei conduttori una forza elettromotrice, data dalla legge di Faraday-Neumann [La forza elettromotrice è uguale all’opposto della derivata del flusso del campo magnetico sul tempo].
• Le correnti elettriche generano, nello spazio che le circonda, un campo magnetico le cui linee sono chiuse e si avvolgono intorno alla corrente che le produce.

Tuttavia esse non spiegavano correttamente tutte le dinamiche dell’induzione elettromagnetica.

Maxwell dimostrò infatti che la terza e la quarta legge erano incomplete.

Il fisico dimostrò che un campo magnetico variabile non genera propriamente una fem (forza elettromotrice), bensì un campo elettrico le cui linee sono chiuse attorno a quelle del campo magnetico che le ha generate. Questa modifica gli permise di postulare che la quarta legge si comportasse in modo simmetrico alla terza, e che quindi, così come un campo magnetico variabile genera un campo elettrico indotto, allora anche un campo elettrico variabile può generare un campo magnetico indotto le cui linee di campo sono chiuse rispetto a quelle dell’elettrico.

Questo voleva dire che un singolo campo variabile, di natura elettrica o magnetica, avrebbe creato una concatenazione infinita di campi indotti! Questi si presentano perpendicolari tra loro [come in figura] a conferma della regola della mano destra: ossia quella regola fisica che afferma come sia disposta una terna di vettori con orientazione positiva.

Comprese inoltre che questa fluttuazione di campi elettrici e magnetici concatenati si propaga attraverso lo spazio sotto forma di onda elettromagnetica.

Ma a che velocità si spostano queste onde?

Conoscendo che un’onda meccanica si propaga con una velocità che è la radice del rapporto della rigidità e della densità del materiale interessato, Maxwell teorizzò che il campo elettrico ricoprisse il ruolo della rigidità in meccanica, e il campo magnetico quello della densità.

Poiché il campo elettrico dipendeva dall’inverso della costante dielettrica (Ɛ) e il campo magnetico dalla permeabilità magnetica (µ), il risultato finale della velocità era uguale all’inverso della radice del prodotto delle due costanti note.

Il numero risultante era molto simile alla velocità della luce calcolata nel 1849 da Weber e Kohlrausch, questo colpì profondamente lo scienziato che arrivò ad affermare: “…La luce consiste di onde trasversali di quello stesso mezzo che è la causa dei fenomeni elettrici e magnetici.”.

Queste idee di congiungere l’elettromagnetismo con l’ottica faranno in seguito considerare le scoperte di Maxwell alcuni dei capolavori della fisica, alla stregua dei concetti meccanici di Newton.

Tuttavia queste teorie non trovarono una conferma pratica sino all’esperimento di Heinrich Hertz.