Campi Elettromagnetici Statichi

Il teorema di Ampere, che descrive la relazione tra il campo magnetico e la corrente elettrica, afferma che la circuitazione del campo magnetico lungo una linea chiusa è proporzionale all'intensità di corrente complessiva che attraversa la superficie delimitata dalla linea.

Il teorema di Ampere generalizzato estende il teorema originale includendo il flusso della densità di corrente attraverso una superficie, che rappresenta l'intensità di corrente totale.

Il teorema di Ampere generalizzato fornisce una formulazione più generale del teorema originale, tenendo conto della densità di corrente e del suo flusso attraverso una superficie.

La legge di induzione elettromagnetica descrive il fenomeno per cui un campo magnetico variabile genera un campo elettrico. La circuitazione del campo elettrico è proporzionale alla variazione del flusso magnetico.

L'equazione della legge di induzione elettromagnetica mostra che la circuitazione del campo elettrico é proporzionale alla variazione temporale del flusso magnetico attraverso una superficie delimitata dalla linea chiusa.

Il campo elettrico generato dalla variazione di un campo magnetico non è conservativo, ovvero la sua circuitazione non è nulla. Questo significa che il lavoro svolto dal campo elettrico lungo un percorso chiuso non è nullo.

La legge di induzione elettromagnetica spiega come un campo magnetico variabile genera un campo elettrico. Questo fenomeno è alla base del funzionamento di molti dispositivi elettrici, come i motori e i generatori.

Il teorema di Ampere generalizzato e la legge di induzione elettromagnetica sono due importanti equazioni che descrivono il comportamento dei campi elettromagnetici. Questi contributi di Maxwell hanno rivoluzionato la fisica e hanno aperto la strada alla scoperta delle onde elettromagnetiche.

Le onde elettromagnetiche sono state predette teoricamente da Maxwell, ma la loro esistenza doveva essere verificata sperimentalmente.

Heinrich Hertz, nel 1886, ha dimostrato l'esistenza delle onde elettromagnetiche utilizzando un rocchetto di Ruhmkorff.

Il rocchetto di Ruhmkorff, inventato da Heinrich Ruhmkorff, è un circuito RLC in grado di generare impulsi di alta tensione.

Un campo elettrico variabile genera un campo magnetico variabile e viceversa. Questo processo continuo crea la propagazione di onde elettromagnetiche.

L'apparato sperimentale di Hertz consisteva in un circuito RLC, uno schermo metallico e una spira conduttrice.

Le onde generate dal circuito RLC, riflesse dallo schermo metallico, creano onde stazionarie con ventri e nodi.

La spira conduttrice, muovendosi nello spazio, rileva la posizione dei ventri e dei nodi, dimostrando l'esistenza delle onde stazionarie.

Hertz ha dimostrato la reale esistenza delle onde elettromagnetiche, confermando le previsioni teoriche di Maxwell.

La descrizione matematica dei campi elettromagnetici statici è data da quattro leggi fondamentali: la legge della circuitazione del campo elettrico, la legge della circuitazione del campo magnetico (o teorema di Ampere), il teorema di Gauss per i campi elettrici e il teorema di Gauss per i campi magnetici.

Il campo elettrico è conservativo, il che significa che il lavoro compiuto per spostare una carica da un punto all'altro non dipende dal percorso seguito.

Il campo magnetico non è conservativo, il che significa che il lavoro compiuto per spostare una carica da un punto all'altro dipende dal percorso seguito.

Il flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa è proporzionale alla carica elettrica totale racchiusa dalla superficie.

Il flusso del campo magnetico attraverso una superficie chiusa è sempre nullo.

Il vettore di campo elettrico (E) è una grandezza che dipende dalla sorgente del campo (cariche elettriche) e dalla materia presente nel campo.

Il vettore di induzione elettrica (D) è una grandezza che dipende solo dalla sorgente del campo, indipendentemente dalla materia presente nel campo.

Il vettore di campo magnetico (H) è una grandezza che dipende solo dalla sorgente del campo, indipendentemente dalla materia presente nel campo.

Il vettore di induzione magnetica (B) è una grandezza che dipende dalla sorgente del campo (correnti elettriche) e dalla materia presente nel campo.

Nel caso di campi elettromagnetici dinamici, ovvero quando le cariche e le correnti variano nel tempo, la descrizione matematica è diversa rispetto al caso statico.

Scoperte da William Herschel nel 1800, sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d'onda maggiori rispetto alla luce visibile. Possono essere percepite come calore.

Scoperti da Johann Wilhelm Ritter nel 1801, sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d'onda minori rispetto alla luce visibile. Causa il fenomeno della fotosensibilità della pelle.

Scoperte da Heinrich Hertz nel 1886, sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d'onda molto maggiori rispetto alla luce visibile. Utilizzate per la comunicazione senza fili.

Scoperte da Wilhelm Conrad Röntgen nel 1895, sono radiazioni elettromagnetiche ad alta energia. Possono attraversare molti materiali, rendendole utili per la diagnostica medica.

Sono radiazioni elettromagnetiche emesse durante il decadimento radioattivo. Altamente energetiche, possono causare danni biologici.

La scoperta dell'esistenza di altri tipi di radiazioni elettromagnetiche oltre alla luce visibile, come raggi infrarossi, raggi ultravioletti, onde radio, raggi X e raggi gamma.

L'idea che la luce sia un'onda elettromagnetica e che la velocità della luce nel vuoto corrisponde alla velocità delle onde elettromagnetiche.

La scoperta di nuove radiazioni elettromagnetiche oltre alla luce visibile portò ad una comprensione più ampia della natura e delle proprietà della luce.

Le onde elettromagnetiche sono costituite dalla sovrapposizione di infinite onde armoniche di frequenze n0 e multiple di n0, cioè onde del tipo: E(x, t) = EM  cos(K  x    t) j e B(x, t) = BM  cos(K  x    t) k, dove K è il numero d'onda,  è la pulsazione, EM e BM sono le ampiezze del campo elettrico e magnetico

Il segno negativo davanti al termine t all'interno della funzione coseno indica che l'onda si propaga nel verso positivo dell'asse X, mentre il segno positivo indica una propagazione nel verso negativo dell'asse X

La densità di energia di un'onda elettromagnetica è data dalla formula:  = E = B 2 / 2, dove  è la permittività elettrica del mezzo di propagazione e B è l'intensità del campo magnetico

Le onde elettromagnetiche trasportano energia e quantità di moto, che possono essere misurate e osservate negli effetti che producono

La concretezza delle onde elettromagnetiche deriva non solo dalla loro esistenza sperimentale, ma anche dal fatto che trasportano grandezze fisiche misurabili e osservabili

La densità di energia elettromagnetica è l'energia immagazzinata in un campo elettromagnetico per unità di volume. È proporzionale al quadrato dell'intensità del campo elettrico e del campo magnetico.

La densità di energia elettrica è l'energia immagazzinata in un campo elettrico per unità di volume. È proporzionale al quadrato dell'intensità del campo elettrico.

La densità di energia magnetica è l'energia immagazzinata in un campo magnetico per unità di volume. È proporzionale al quadrato dell'intensità del campo magnetico.

Il vettore di Poynting è una grandezza fisica vettoriale che descrive la direzione e la grandezza del flusso di energia elettromagnetica. È definito come il prodotto vettoriale tra il campo elettrico e il campo magnetico, diviso per la permeabilità magnetica del vuoto.

Il modulo del vettore di Poynting rappresenta la densità di potenza, ovvero la quantità di energia che fluisce attraverso un'unità di superficie per unità di tempo.

Il valore medio in un periodo del modulo del vettore di Poynting rappresenta la potenza media che fluisce attraverso una superficie per unità di tempo.

L'unità di misura della densità di energia è il Joule per metro cubo (J/m3).

Il vettore di Poynting è chiamato così in onore del fisico britannico John Henry Poynting, che lo ha introdotto nel 1884.