Insegnare fisica/Didattica tradizionale/Campo magnetico

La nascita del concetto di campo

Prima del successo e dell'accettazione della teoria newtoniana della gravitazione per la maggior parte dei filosofi il concetto di azione a distanza era anatema. Lo stesso Newton ebbe difficoltà a includerlo nella sua stessa teoria, e sussistono testimonianze di come Huygens e Leibniz non riuscirono invece mai ad accettarlo. Solo col passare del tempo l'idea venne sempre più abbracciata tra i fisici dell'epoca e si cominciò a includerla anche all'interno delle teorie dell'elettricità e del magnetismo.

Michael Faraday fu il primo a spezzare l'ipotesi di interazione a distanza tra particelle, tornando alle origini, e a ipotizzare che nei fenomeni elettrici e magnetici dovesse essere coinvolto anche lo spazio che separa gli oggetti interagenti. Ben presto, le "linee di forza" che usava per prevedere le interazioni elettromagnetiche nello spazio circostante fenomeni elettrici e magnetici divennero più che un semplice strumento euristico. Egli usò questa idea con tale successo che iniziò chiaramente a credere in linee di forza fisiche. Secondo questa concezione le linee occupavano tutto lo spazio e avevano proprietà e modi di comportamento ben definiti. In articoli pubblicati nel 1847 e nel 1854 William Thomson (Lord Kelvin) pose l’accento sulle analogie matematiche che esistono tra le teorie sul movimento di fluidi, sul flusso di calore e sull’elasticità da una parte e l’elettrostatica e il magnetismo, descritti in termini di linee di forza, dall’altra. Faraday, considerando l'analogia matematica con altri fenomeni fisici come la prova di una realtà fisica, ebbe l'impressione che il suo punto di vista sulle linee di forza ne uscisse rafforzato.

James Clerk Maxwell rimase profondamente impressionato sia dalla concezione di Faraday delle linee di forza, sia dalle analogie matematiche rivelatrici di Thomson. Cercò quindi di sintetizzare tutti i fenomeni fisici dell'elettricità e del magnetismo in una teoria unificata. La successiva generale accettazione della teoria di Maxwell segnò la transizione da un'era dominata da una filosofia dell'azione a distanza all'era presente di teorie di campo in cui la quantità di moto, l'energia e altre quantità conservate si propagano attraverso il "campo".

Grazie a introduzioni storiche come quella appena riportata, gli studenti possono apprendere in maniera qualitativa il cambiamento rivoluzionario di prospettiva che accompagna l'invenzione della teoria di campo e, per gli quelli che si apprestano a temi più avanzati, nozioni di questo tipo sono sicuramente molto utili per comprendere appieno le equazioni di Maxwell.

Bibliografia

• (EN) Arnold B. Arons, Teaching introductory physics, New York, Wiley publication, 1997, pp. Chapter 8, ISBN 0-471-13707-3.