Corrente elettrica e campi magnetici

Un circuito elettrico percorso da una corrente elettrica di intensità I, genera nello spazio circostante un campo magnetico. Abbiamo studiato due casi:

  1. filo rettilineo indefinito: genera un campo magnetico con B direttamente proporzionale all'intensità della corrente circolante e inversamente proporzionale alla distanza dal filo. Le linee di forza sono circonferenze poste su piani perpendicolari al filo stesso.
  2. Solenoide: campo magnetico uniforme all'interno del solenoide nullo all'esterno. B= μ NI/L
Faraday Neuman

Le cariche elettriche presenti nella banda di conduzione di un circuito chiuso sono sottoposte ad una forza elettromotrice direttamente proporzionali alla derivata rispetto al tempo del flusso del vettore B che esce da una superfice avente per contorno il circuito stesso.

Dinamo Il più semplice manufatto in grado di produrre corrente alternata. Sfrutta il fatto che nella formula del flusso è presente il coseno dell'angolo tra la normale alla superfice e la direzione di B. Se all'interno di un cilindro in cui esiste un campo magnetico (prodotto da una calamita) poniamo una spira "rettangolare" e facciamo ruotare tale spira attorno al suo asse di simmetria con velocità angolare costante; generiamo una forza elettromotrice variabile nel tempo con legge sinusoidale e pertanto nel circuito concatenato avremo una corrente elettrica alternata.
Campi conservativi Premessa: un campo è conservativo se la circuitazione del vettore intensità di campo vale zero qualunque sia la linea scelta. La circuitazione è la sommatoria (integrale) del prodotto scalare tra vettore intensità di campo e il tratto infinitesimo dl della linea su cui stiamo calcolando la circuitazione. In elettrostatica la circuitazione del campo elettrico vale sempre zero. Per questo motivo affermiamo che il campo elettrostatico è un campo conservativo. Lo stesso dicasi per il campo gravitazionale. Il campo magnetico non è conservativo per la legge di circuitazione di Ampère.
Le leggi del campo elettromagnetico

Sono quattro. Due riguardano il flusso e due la circuitazione.

  1. Il flusso totale del campo elettrico, uscente da una superfice chiusa, è sempre direttamente proporzionale alla somma delle cariche elettriche presenti all'interno.
  2. Il flusso totale del campo magnetico, uscente da una superfice chiusa, è sempre uguale a zero.
  3. La circuitazione del campo elettrico è sempre uguale a - derivata del flusso (superfice concatenata alla linea del circuito) di B rispetto al tempo C(E)= -d Φ(B)/dt
  4. La circuitazione del campo magnetico vale sempre C(B)=m0 (i + ε 0 Φ (dE/dt))
Generazione di onde elettromagnetiche Ogni variazione nel tempo del campo elettrico ha come conseguenza la creazione di un campo magnetico nella regione circostante e, viceversa, ogni variazione nel tempo del campo magnetico origina un campo elettrico sempre nelle regioni circostanti.
Ai campi si associa l'energia associata che pertanto si sposta nello spazio senza dove utilizzare nessun mezzo materiale (a differenza del suono).
Per questo motivo generando un campo magnetico variabile nel tempo secondo un ciclo, si avrà, per ogni variazione del campo magnetico, un campo elettrico a sua volta variabile con generazione di un'onda elettromagnetica che si propaga nello spazio.
Caratteristiche delle onde elettromagnetiche

Come tutte le onde, quella elettromagnetica è caratterizzata da una lunghezza d’onda, l che rappresenta la distanza tra due picchi misurata in metri. Il numero di vibrazioni per unità di tempo si chiama frequenza (ν ), e si misura in Hertz (Hz). Un’onda ha la frequenza di 1 Hz se ripete il suo ciclo una volta ogni secondo. Lunghezza d’onda e frequenza della radiazione elettromagnetica nel vuoto sono legate dalla relazione: λ ν = c, dove c è la velocità di propagazione che vale circa 300.000 km/s. Al variare della lunghezza d’onda, si hanno i vari fenomeni elettromagnetici che siamo abituati a vedere come fenomeni di natura diversa: la luce dei diversi colori, le onde radio, i raggi x sono alcune componenti dell’insieme continuo di radiazioni che viene individuato con il nome di spettro elettromagnetico.