Campi elettro-o-magnetici e altri campi "strani"

[Bernalma]

Salve a tutti.

Mi sono imbattuto casualmente in questo particolare argomento. Ho provato a leggere un po tutti i vari interventi, ma poi mi sono un po' perso.
Ho notato che si parla quasi sempre di campi magnetici generati da correnti ecc...

Non sono esperto di questo argomento, ma alla domanda: ci possono essere campi solo magnetici o campi solo elettrici io direi di si. Poi gli esperti mi potranno tranquillamente smentire.

Se prendessi un magnete permanente avrei solo un campo magnetico. Mi pare che in questo caso di campi elettrici non ci dovrebbero essere.

Se elettrizzassi un materiale isolante o un conduttore completamente isolato dalla terra, si genererebbe un campo elettrico rispetto alla terra ed in questo caso mi sembra che di campi magnetici non ci dovrebbero essere.

Ho ragionato (con la mia mente bacata) come potrebbero stare le cose nel caso che questi campi invece che statici fossero variabili.

Se generassi un campo magnetico variabile con una bobina in aria percorsa da una corrente alternata penso che sarebbero presenti sia campi elettrici che magnetici, ma nel caso che prendessi il magnete permanente e lo fissassi su un rotore per farlo girare, in un punto fisso nelle vicinanze del magnete avrei un campo magnetico variabile, ma otterrei una tensione (o una corrente) solo se nell'area dove è presente questo campo ci metto un conduttore. Questo vuol dire che è presente anche un campo elettrico variabile? Non saprei che dire.

Se prendessi 2 palle metalliche cariche elettrostaticamente con la stessa carica ma di segno opposto e le fissassi meccanicamente alle estremità di una bacchetta di materale perfettamente isolante (perlomeno che possano mantenere la loro carica per un tempo ragionevole) fissando poi questa struttura ad un rotore come prima, quandi faccio girare le palle (in tutti i sensi) otterrei nelle vicinanze un campo elettrico variabile. In questo caso è presente anche un campo magnetico variabile? A me sembra di no.

Comunque se si potesse chiarire come stanno realmente le cose sarei veramente contento.

[EcoTan]

Penso che bisogna affrontare lo studio dell'elettromagnetismo nel modo consolidato tradizionale per arrivare alle equazioni di Maxwell. Posso "concedere" che l'esistenza di correnti di spostamento nel vuoto, e il fatto stesso che il vuoto abbia una costante dielettrica diversa da zero, possano apparire un po' artificiosi.

[Theremino]

..se si potesse chiarire come stanno realmente le cose sarei veramente contento...

Ci tengo molto anch''io a chiarire questo argomento. Nel sistema Theremino abbiamo progettato un modulo "CapSensor" http://www.theremino.com/technical/schematics#capsensor che usiamo principalmente per costruire lo strumento musicale Theremin e questo modulo lavora per mezzo di "campi elettrici alternati". Per piacere lasciatemi passare questo termine improprio, almeno per ora.

So bene che ai puristi non piace separare i campi magnetici da quelli elettrici e che si dovrebbero sempre considerarli "campi elettromagnetici", e anche che si dovrebbero sempre utilizzare le equazioni di Maxwell, il vettore di Poynting, l'impedenza dell'etere e forse anche il sesso degli angeli. Ma così facendo ci si perde in un mare di equazioni e non sono mai riuscito a tirarne fuori niente di utile per il caso particolare delle "antenne del Theremin". Pensavo di essere io a non arrivarci (in matematica sono poco meglio di un disastro) ma fortunatamente lo ha confermato anche IsidoroKZ quando ha scritto "riuscire a valutare il risultato complessivo essenzialmente richiede la soluzione numerica del problema".

Il caso particolare che mi interessa è ben al di qua della zona che Zeno ha definito con "...lontano significa oltre le dieci lunghezze d’onda...", lavoriamo a meno di 50 centimetri con lunghezze d'onda di oltre 100 metri quindi siamo circa mille volte troppo vicini per avere una ragionevole parvenza di onde elettromagnetiche. Ed è per questo che, almeno secondo la mia visione, è necessario usare approssimazioni e concetti diversi dalla solita visione a "onda elettromagnetica a tutti i costi". Concetti che furono utilissimi a Marconi e che lo sono anche se si vuole progettare una antenna WiFi, ma che in questo caso servono a poco perché le nostre "antenne" sono più che altro dei condensatori a parametri concentrati e di antenna hanno davvero poco.

Ma non è così semplice... purtroppo in tutti i Theremin c'è sempre anche un induttore che produce un piccolo "campo magnetico alternato" (per piacere passatemi il termine anche questa volta - non aggreditemi subito a colpi di Maxwell) e questo campo magnetico è alla stessa frequenza del campo elettrico e per quanto lo si schermi da sempre un po' di fastidio ad altri Theremin che si trovassero a suonare vicini.

Dato che si tratta di problemi un po' particolari sto preparando un articolo sulle cosiddette "antenne" del Theremin. Lo studio dei fenomeni che avvengono intorno a queste "antenne" è un problema reale che mi ha dato molto da pensare negli anni passati. La discussione che seguirà questo articolo dovrebbe aiutarci a chiarire gli aspetti che in questo thread ho espresso con parole inappropriate.

Mi scuso ancora con i puristi delle equazioni di Maxwell per aver utilizzato le parole elettro-o-magnetici che hanno causato così tante critiche e problemi.

[EcoTan]

Quando una soluzione empirica si dimostra vantaggiosa, ingegneristicamente non c'è nulla di strano a parametrizzarla in un modo empirico opportuno per agevolarne il dimensionamento. Se poi da queste semplificazioni pretendiamo di risalire all'indietro per rifare l'intera fisica..............

[Theremino]

Sicuramente mi sono espresso male più volte. E mi sono anche fatto prendere troppo da paragoni "metafisici" che hanno complicato tutto. Dal mio punto di vista il problema era reale e concreto, ma non sono riuscito a esporlo nel modo giusto in questo thread.

Spero con l'articolo "Le antenne del Theremin" di riuscire a presentarlo un po' meglio.

[IsidoroKZ]

Comunque se si potesse chiarire come stanno realmente le cose sarei veramente contento.

Il realmente potrebbe essere un po' complicato! Provo a dare qualche idea. Alla domanda se ci sono campi elettrici statici e campi magnetici statici la risposta e` praticamente si`. Gli esempi che hai fatto (oggetto elettrizzato, ma anche una semplice pila, oppure magnete permanente) sono praticamente dei campi statici.

Ho detto praticamente, perche' se si va a fare i pignoli matematici di statico e costante a questo mondo non c'e` nulla. Neanche la continua che esce da un alimentatore e` una grandezza statica, perche' la tensione comincia solo all'atto dell'accensione dell'alimentatore, non si ha una continua ma un gradino. Questa pero` e` una cosa che non da` quasi mai conseguenze (tranne in qualche caso molto particolare).

Se invece si e` in presenza di un campo magnetico variabile o di un campo elettrico variabile, allora si ha come conseguenza rispettivamente anche un campo elettrico variabile o un campo magnetico variabile.

Nel tuo esempio con le due palle cariche in rotazione e` "quasi" facile convincersi che ci sia anche un campo magnetico variabile. Una carica che si muove e` una corrente e una corrente genera un campo magnetico.

[A questo punto si potrebbe fare un esempio per mostrare che il campo magnetico puo` anche scomparire cambiando riferimento, ma si andrebbe nel complicato. Se ti interessa lo posso riprendere dopo].

Ripeto quanto detto prima e poi amplio. Nel vuoto un campo elettrico variabile genera un campo magnetico variabile, e viceversa un campo magnetico variabile genera un campo elettrico variabile. Il rapporto fra l'ampiezza del campo elettrico e quella del campo magnetico e` costante.

E se non siamo nel vuoto ma vicino a una sorgente di campo? Ad esempio magnete, induttore, oggetto carico, coppia di conduttori con una differenza di potenziale variabile? In questo caso le cose si complicano. Sono sempre valide le equazioni di Maxwell (che nella forma attuale non le ha scritte Maxwell ma Heaviside ), ma ci sono dei termini in piu` di campo elettrico o di campo magnetico, termini in piu` legati alle cariche elettriche o alle correnti di conduzione.

Vicino alle sorgenti, il campo el. variabile induce un campo magn. variabile e viceversa, come prima, ma in piu` c'e` il contributo della carica o della corrente della sorgente. E vicino alla sorgente si hanno situazioni molto complicate da calcolare. Mi sembra di avere messo un link alle formule, la cui derivazione e` di quelle toste.

In alcuni casi, vicino alle sorgenti, si puo` avere una netta preponderanza di campo elettrico oppure di campo magnetico rispetto al caso del vuoto, e allora si puo` approssimare la sorgente come armatura di un condensatore oppure piccola spira in cui circola corrente.

[Ho dovuto interrompere la scrittura di questo messaggio, ora non ricordo piu` se volevo ancora aggiungere altro ]