Che cos'è la teoria elettromagnetica?
La teoria della relatività speciale di Einstein descrive il magnetismo come il sottoprodotto della forza elettrica. Quindi, queste due forze possono essere considerate diverse sfaccettature di una forza più fondamentale, che i fisici chiamano elettromagnetismo. La teoria elettromagnetica descrive una raccolta di affermazioni scientifiche interconnesse utilizzate per rispondere a domande su questa forza.
I fisici usano i campi come astrazioni per descrivere come un sistema influenza l'ambiente circostante. Il campo elettrico di un oggetto carico rappresenta la forza che eserciterebbe su una particella carica. Il campo è più vicino all'oggetto perché la forza elettrostatica diminuisce all'aumentare della distanza tra due cariche. I campi magnetici sono definiti in modo simile, tranne per il fatto che descrivono la forza esercitata su una particella carica in movimento.
Le idee più elementari della teoria elettromagnetica sono "un campo elettrico mutevole genera un campo magnetico" e "un campo magnetico mutevole genera un campo magnetico". Questi principi sono quantificati dalle equazioni di Maxwell, chiamato per James Clerk Maxwell, il fisico e matematico scozzese il cui il lavoro nel 19 ° secolo stabilì la disciplina rivoluzionando il modo in cui i fisici concepivano la luce. Le equazioni di Maxwell gettano anche relazioni precedentemente note - la legge di Coulomb e la legge di Biot-Savart - nel linguaggio dei campi.
Una particella carica genera un campo magnetico mentre si muove, ma il campo magnetico è perpendicolare al movimento della particella. Inoltre, l'effetto che questo campo magnetico ha su una seconda carica in movimento è perpendicolare sia al campo che al movimento della seconda carica. Questi due fatti fanno sì che anche i problemi di base dell'elettromagnetismo richiedano un ragionamento complesso e tridimensionale. Storicamente, lo sviluppo dei vettori in matematica e scienze deve gran parte dei suoi progressi al lavoro dei fisici che cercano di astrarre e semplificare l'uso della teoria elettromagnetica.
Nel diciannovesimo secolo, la teoria elettromagnetica cambiò il modo in cui i fisici capivano la luce. Newton aveva descritto la luce in termini di particelle chiamate corpuscoli, ma Maxwell affermava che era la manifestazione di campi elettrici e magnetici che si spingevano l'un l'altro attraverso lo spazio. Secondo questa concezione, la luce visibile, i raggi X, il radar e molti altri fenomeni sono tutti intrinsecamente simili, ciascuno una combinazione di campi elettrici e magnetici che varia a una frequenza diversa. Gli scienziati chiamano il continuum di tutte queste onde lo spettro elettromagnetico.
Il successo della teoria elettromagnetica ha portato al crollo del resto della fisica newtoniana nel 20 ° secolo. Einstein comprese che la teoria di Maxwell richiedeva spazio e tempo a coordinate interdipendenti e diverse di uno spazio-tempo a quattro dimensioni. Inoltre, la teoria della relatività di Einstein mostrava che lo spazio era curvo e che il passare del tempo misurato da un osservatore differiva da quello misurato da un altro. Queste scoperte erano tutte completamente incompatibili con la teoria del moto di Newton. Pertanto, lo studio dell'elettromagnetismo ha modificato, direttamente o indirettamente, il modo in cui i fisici comprendono l'elettricità, il magnetismo, la luce, lo spazio, il tempo e la gravità.