A2C - Salerno

Il concetto di campo elettrico venne introdotto dal grande scienziato britannico Michael Faraday ai primi dell'800, in quella che si può considerare l'epoca d'oro dell'elettromagnetismo. Fenomeni come elettricità statica e magnetismo erano in realtà noti sin dall'antichità, ma fu Faraday ad introdurre e definire il campo elettrico.

Ma partiamo dall'inizio: due oggetti carichi elettricamente sono in grado di esercitare forze attrattive o repulsive fra di essi, a seconda che le cariche siano di segno opposto o uguale, rispettivamente.
È una forza che si manifesta a distanza, la cui intensità è proporzionale al valore delle cariche ed è inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra di esse.
Tale interazione è detta forza di Coulomb, in onore dello scienziato francese Charles Augustin de Coulomb. Oggi è anche nota come interazione elettromagnetica, ed è considerata una delle 4 interazioni fondamentali della fisica.

Supponiamo di trovarci nel vuoto e di avere una carica Q in un certo punto.
Scegliamo poi un punto qualsiasi P nello spazio circostante la carica e poniamo in esso una piccola carica q di prova, piccola al punto da non perturbare in alcun modo la carica Q.
Quel che succede è che la carica Q eserciterà una forza F su q: attrattiva se le cariche sono di segno opposto, repulsiva se le cariche sono di segno uguale.

Si definisce campo elettrico E, in un generico punto dello spazio in cui sia presente una carica di prova q, il rapporto tra la forza elettrica F agente sulla carica di prova q ed il valore della carica stessa, purché essa sia sufficientemente piccola da non perturbare la sorgente del campo.
In altri termini, il campo elettrico non è altro che una proprietà dello spazio in cui risultano presenti una o più cariche elettriche, oppure una distribuzione continua di cariche.
Esse sono le sorgenti del campo elettrico, il quale altro non è che una perturbazione dello spazio circostante.
Se in tale perturbazione si trova una carica, essa subirà una forza attrattiva o repulsiva da parte del campo elettrico.

Il campo elettrico è un campo vettoriale, con un'intensità, direzione e verso di propagazione. Si misura in C/N oppure in V/m.
Nel caso di cariche elettriche le linee del flusso sono uscenti, nel caso di cariche negative esse sono entranti.
Un campo elettrico la cui intensità, direzione e verso di propagazione restano costanti nel tempo è detto campo elettrostatico.
Se invece anche sola una di queste proprietà variano nel tempo, allora si parla di campo variabile nel tempo.

Mentre il campo elettrostatico è generato dalla presenza di cariche, i campi elettrici variabili possono essere generati anche da campi magnetici variabili nel tempo.
Una delle caratteristiche più importanti dei campi elettrici è che sono in grado di generare il movimento di cariche elettriche in materiali conduttori.
Nel caso di campi elettrostatici, essi non sono tuttavia in grado di alimentare correnti elettriche in circuiti chiusi, mentre ci riescono benissimo i campi non statici.

Le proprietà fondamentali del campo elettrico vengono descritte dalla prima e dalla terza equazione di Maxwell.
La prima stabilisce che il flusso del campo elettrico che attraversa una superficie è proporzionale alla carica totale contenuta nel volume racchiuso dalla superficie stessa.
In altri termini, sono le cariche elettriche le sorgenti del campo elettrostatico.
La terza equazione, invece, descrive la circuitazione del campo elettrico nel caso statico e nel caso non statico.

Nel caso statico, la circuitazione restituisce un valore nullo, ossia risulta nullo il lavoro compiuto dal campo elettrostatico per muovere cariche lungo un circuito.
Pertanto, il campo elettrostatico è conservativo.
Nel caso non statico, la circuitazione non solo non è nulla, ma è uguale all'opposto della variazione nel tempo del flusso di induzione magnetica. È il fenomeno dell'induzione magnetica.

In breve, un campo magnetico variabile nel tempo genera un campo elettrico indotto, anch'esso variabile nel tempo, non conservativo, cioè con circuitazione non nulla.
Questo tipo di campi può muovere cariche elettriche su circuiti.

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.