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Dall'azione a distanza al concetto di campo
Il concetto di campo è un superamento del concetto di azione a distanza cioè della forza attrattiva (o repulsiva) tra corpi che non sono in contatto, ma che possono essere situati anche a grande distanza nello spazio. Il concetto di azione a distanza non convinceva del tutto neppure Newton, secondo cui la proprietà delle masse di attirarsi a distanza aveva in sé qualcosa di magico e inspiegabile.
Per poter spiegare in modo più razionale questa azione nacque l'idea dell'etere, una sostanza impalpabile che avrebbe riempito tutto lo spazio dell'Universo fungendo da intermediario per le azioni a distanza.
Il concetto di azione a distanza implica una azione istantanea della forza: se la distanza tra gli oggetti aumenta, la forza tra di essi diminuisce immediatamente. Oggi sappiamo che nessuna informazione può trasferirsi istantaneamente, cioè a velocità infinita. Se il Sole scomparisse in questo preciso istante, sulla Terra lo potremmo percepire solo tra 8 minuti circa (il tempo che impiega la luce a percorrere la distanza Sole-Terra).
Mentre un'azione a distanza è una interazione tra corpi che richiede la presenza di 2 corpi, una grandezza di campo (elettrico, gravitazionale, magnetico, campo di pressione o temperatura, velocità del vento…) è una grandezza che dipende dallo spazio fisico: è una modificazione dello spazio determinata da certe condizioni.
Consideriamo una configurazione di cariche nello spazio, le cui posizioni siano determinate e in quiete rispetto ad un opportuno sistema di riferimento.
Il campo elettrico è presente in tutti i punti circostanti (per esempio in P), indipendentemente dal fatto che in esso siano presenti o meno altri corpi. C'è campo elettrico sia se lo spazio è permeato da un mezzo (aria, acqua..), sia se lo spazio è assolutamente vuoto.
Le cariche responsabili di questa deformazione (le 3 cariche immobili in figura) si dicono sorgenti del campo elettrico.
Il campo non ha confini definiti nello spazio fisico, ma i suoi effetti tendono ad annullarsi man mano che ci si allontana dalle sorgenti.
Definizione operativa di campo elettrico
La definizione di campo elettrico appena data è qualitativa, affinché il campo elettrico possa definirsi una grandezza fisica occorre una definizione operativa e quindi la definizione dell'unità di misura, dello strumento e del protocollo di misura.
Supponiamo di sapere che in una certa zona di spazio è presente un campo elettrico. Copriamo mentalmente le cariche elettriche sorgenti e concentriamoci su un punto P del campo. Come si misura il valore del campo nella posizione P?
- Si posiziona in P una carica di prova q0 (positiva e piccola rispetto alle cariche sorgenti);
- si misura l'intensità F della forza elettrica che agisce sulla carica di prova e se ne determinano direzione e verso.
Si definisce campo elettrico E nel punto P una grandezza vettoriale che ha direzione e verso della forza elettrica F e modulo E = F / q0
L'unità di misura SI del campo elettrico è il N/C
Nel punto P, esiste un campo elettrico E (P) anche se non sono presenti cariche.
Il campo è generato dalle cariche sorgenti e a sua volta agisce mediante forze su altre cariche elettriche presenti nel campo: esso acquista il ruolo di intermediario tra cariche. Vediamo come il fenomeno di attrazione/repulsione tra due cariche Q e q si spiega con la terminologia dell'azione a distanza e con quella del campo:
| azione a distanza | campo |
| Tra due cariche Q e q poste ad una certa distanza si crea istantaneamente una forza elettrica. | Una carica Q genera un campo elettrico nello spazio circostante, una carica q, posta in un punto del campo creato dalla prima, ne subisce l'effetto, cioè la forza elettrica. (Naturalmente il ragionamento è simmetrico per la seconda carica). |
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