lunedì 28 ottobre 2013

Il Lunedì del Locandiere

Per essere le 7:30 del mattino, oggi voglio parlarvi di qualcosa di serio. Fin troppo serio ad essere onesti.
Qualche giorno fa mi sono posto questa domanda:

Ma se una ragazza dovesse chiedermi di scriverle qualcosa di bello, cosa le scriverei?

I più di voi mi diranno: semplice, puoi scriverle una poesia. Oppure? Un murales. Un saggio. Un'opera teatrale. Un bigliettino. Una lettera d'amore...sì, ma poi?
Allora mentre mi lambiccavo il cervello ho avuto l'illuminazione, perché di illuminazione proprio si tratta. Se una ragazza dovesse chiedermi di scriverle qualcosa di bello allora replicherei con le quattro equazioni di Maxwell, chiaramente.

Queste sono sempre le equazion di Maxwell, ma in forma locale
Ecco, so già che molti di voi avranno chiuso la pagina imprecando. Guarda te se alle 7 del mattino uno si deve mettere a parlare di fisica. Pertanto mi rivolgo a voi, i pochi che hanno il coraggio di avventurarsi nell'avventuroso mondo della fisica (scusate il gioco di parole voluto).
Dunque, cosa sono le equazioni di Maxwell?
Le equazioni devono il loro nome al grande fisico scozzese James Clerk Maxwell ( 1831 - 1879) che, nel 1865 pubblicò la sua memoria Teoria dinamica del campo elettromagnetico. In questa memoria venivano esposte le equazioni che portano il suo nome che unificavano il campo elettrico ed il campo magnetico: da qui campo elettromagnetico. Inoltre, dimostrava che queste equazioni prevedevano l'esistenza di onde nel campo elettrico e nel campo magnetico: le famose onde elettromagnetiche, per farla breve, la luce.
I fenomeni elettrici e quelli magnetici sono sotto gli occhi di tutti: quando accendiamo la luce per andare al cesso la mattina, la corrente scorre attraverso un circuito ai cui capi è posta una differenza di potenziale. I greci scoprirono la magnetite nei pressi della città di Magnesia, nell'Asia Minore ed il suo utilizzo come ago della bussola fu noto ai cinesi fin dall'anno 1000.


Più banalmente, solo il fatto di aprire gli occhi e osservare il mondo che ci circonda ci mette nella condizione di usare le equazioni di Maxwell; infatti il nostro cervello elabora il mondo visto dai nostri occhi, ma illuminato dalla luce e, come ben sappiamo, la luce non è nient'altro che un'onda elettromagnetica. In particolare, la luce visibile è poco più che una fettina dello spettro delle onde elettromagnetiche, una fettina che va dai 400 nm (luce violetta) ai 700 nm (rosso) circa; per darvi un'idea, l'occhio ha il suo picco di sensibilità in corrispondenza dei 555 nm, che corrisponde alla luce verde.

Però ci sono alcune considerazioni da fare. Eh già, perché le equazioni di Maxwell non è che sono proprio di Maxwell. In pratica il nostro James ha raggruppato delle equazioni già esistenti, valide ovunque e sempre, e le ha unite andando a costituire una summa dei campi elettromagnetici. Vediamo brevemente assieme queste leggi:

  • Legge di Gauss per il campo elettrico E: afferma che il flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa è proporzionale alla carica totale contenuta nel volume racchiuso da tale superficie. Questo significa che le cariche elettriche generano un campo elettrico te che le linee di campo iniziano sulle cariche posisitve e terminano su quelle negative. Questa legge vale non solo per i campi elettrostatici, ma anche per altri campi elettrici.
  • Legge di Gauss per il campo magnetico B: il flusso del campo di induzione magnetica (o campo magnetico) attraverso una superficie chiusa è sempre nullo. Ciò significa che le linee di campo di B non hanno inizio o fine, ma sono delle linee chiuse (o iniziano e finiscono all'infinito). Ciò evidenzia un'importante differenza tra campo elettrico e campo magnetico; mentre una singola carica (+q o -q) può generare un campo elettrico, non esiste l'analogo per il campo magnetico: cioè non è ancora stato ancora osservato il famigerato monopolo magnetico (cioè solo un polo nord o un polo sud isolato). Non ci credete? Allora basta fare un piccolo esperimento. Prendete una calamita e della limatura di ferro. Spargete la limatura vicino alla calamita e noterete che essa si disporrà in modo tale da allinearsi alle linee di forza del campo magnetico generato dalla vostra calamita. Se tagliate a metà la calamita e provate a rimetterne una porzione vicino alla limatura, noterete in ogni caso che la configurazione della limatura di ferro sarà la stessa di quella evidenziata con la calamita intera.
  • Legge di Faraday o legge di induzione elettromagnetica: la circuitazione del campo elettrico è proporzionale alla derivata temporale del flusso magnetico attraverso una delle infinite superfici che hanno tale linea come bordo. Cioè mentre in condizioni statiche E è conservativo, in condizioni non stazionarie il campo elettrico può essere causato da un campo magnetico variabile nel tempo e non è conservativo. Per intenderci un campo elettrico statico è causato da una carica o un insieme di cariche ferme, quando non si è più in condizioni di staticità E non è più un campo elettrostatico.
  • Legge di Ampère modificata: è modificata perché Maxwell ci ha messo del suo, cioè ci ha aggiunto un termine che le diede valore più generale. Afferma che la circuitazione del campo magnetico è proporzionale alla somma di due termini: il primo è la corrente totale che attraversa una superficie delimitata dalla curva chiusa; il secondo termine, che è quello aggiunto da Maxwell, contiene la derivata temporale del flusso del campo elettrico attraverso una superficie delimitata dalla curva considerata. Indi, mentre in condizioni stazionarie il campo magnetico B è generato da correnti elettriche, in condizioni non stazionarie esso può essere creato anche da un campo elettrico che varia nel tempo.
Alla fine ho avuto ragione nel dirvi che queste equazioni rappresentano qualcosa di semplicemente superbo. Guardate in quante poche righe cosa vi ho appena detto! Vi si è aperto un mondo. Notate soprattutto il fatto che queste equazioni sono estremamente importanti per la nostra società, che si basa soprattutto su "ciò che si vede", basti pensare a videogames, programmi televisivi, libri, bei quadri. Tutto tutto tutto c'entra bene o male con le equazioni di Maxwell. Lo so cari amici, anch'io all'inizio ero un po' scettico come voi; ma alla fine mi sono fatto persuaso. Anche perché le equazioni spiegano alcuni fenomeni dell'ottica...e cioè di quello che sarà il mio pane! Quant'è fisico Dio!

Matt - Il Locandiere

Nessun commento:

Posta un commento