Introduzione alla Storia dell’Elettromagnetismo

Classico

Fabio BevilacquaDipartimento di Fisica “A.Volta”

Università di Pavia

Elettromagnetismo Classico• La ripartizione classica della Storia

dell'E.C. corrisponde a otto fasi:• a) la fase baconiana nel seicento e

settecento, culminante con la formulazione della legge di Volta nel 1784 e di Coulomb nel 1785

• b) gli sviluppi della teoria matematica del potenziale

• c) la scoperta della pila, le esperienze di Oersted e le leggi di Biot-Savart e di Ohm

• d) l'opera di Ampère e lo sviluppo dell'elettrodinamica, cioè il filone newtoniano nell'elettromagnetismo in particolare con Weber in Germania

Elettromagnetismo Classico• e) lo sviluppo delle idee di Faraday

e Maxwell in Inghilterra e della teoria dell'azione a contatto

• f) il dibattito nella seconda metà dell'ottocento tra le concezioni inglese e tedesca dell'azione per contatto e dell'azione a distanza

• g) la soluzione del dibattito con la sintesi di Lorentz

• h) lo sviluppo della teoria della relatività a partire dalla teoria dell'elettrone di Lorentz.

Sommario• Introduzione metodologica• Sperimentazioni baconiane• Due quantificazioni: Volta e Coulomb (tensione e forza)• Due modelli: azione a contatto e a distanza); schema• La teoria matematica del potenziale (tabella)• Oersted, Biot e Savart, Ampère• Ohm e i circuiti• Faraday e l’azione a contatto• Forze elettromotrici e ponderomotrici• Neumann, Fechner, Weber, Kircchoff: azione a distanza• Helmholtz e la conservazione dell’energia

• Maxwell, etere e corrente di spostamento• Weber, Clausius e i potenziali elettrodinamici• Helmholtz e la soluzione formale• C.Neumann, V.Lorenz e l’azione a distanza ritardata• Poynting, Planck e l’energia locale• Hertz: esperimenti e modelli• Michelson-Morley e l’etere trascinato• J.J. Thomson e l’elettrone• Lorentz e la sintesi• Einstein e le asimmetrie teoriche• L’induzione unipolare• 5 libri di testo avanzati

Un’elaborazione di Holton

Baconian electricity

Coulomb e Volta

Legge derivante dalla gravitazione newtoniana:azioni a distanza nello spazio vuoto

Azioni “ in-tensive ” di probabile derivazione leibniziana

Teoria matematica (del potenziale)

Oersted, Biot e Savart, Ampère

Azione per contatto : calore e teoria ondulatoria della luce

• Fourier: si applicano alla termologia le equazioni differenziali alle derivate parziali, il calore non si trasmette a distanza, ma le temperature variano con continuità nello spazio

• Fresnel: si sviluppa la teoria ondulatoria della luce, lo spazio si riempie di un’etere luminifero, elastico, come supporto delle onde luminose

Ohm

Azione per contatto : linee di forza e « stato elettrotonico »

Azione a distanza nel vuoto, sia gravitazionale sia elettrica

ClausiusWeber

Maxwell

[A] Magnetic induction B = rot A

[B] Electromotive force E v B A

[C] Mechanical force F I B eE m [D] Magnetization B = H + 4πJ [E] Electric currents 4πI = rot H [F] Current of conduction I' = CE [G] Electric displacement D = (1/4π)KE

[H] True currents I I' D

Le equazioni di Maxwell

Maxwell: 1873 Treatise

C.Neumann, V.Lorenz e l’azione a distanza ritardata

Poynting, Planck e l’energia locale

Hertz: 1892

La misura della massa dell’elettrone

E.Rutherford e J.J.Thomson

Max von Laue e Wilhelm Roengten

1907 1895

Lorentz: la Teoria degli Elettroni

E + P = D

Libri di testo e memorie originali• Planck• Sommerfeld• Pauli• Landau• Feynman

Advanced Textbooks: a bonus Planck

1922Sommerfeld

1948Pauli1949

Landau1956

Feynman1963

Privileged inference

Basic assumptions

Basic Quantities

Models

Reality of dimensions

Contents

Deduction Deduction Induction Deduction

PCE"exp."

Maxwell's equations Experiments PLA

"exp."

Fields Potentials

Contiguous action

Contiguous action Duality

Delayed action at a distance

No Yes

StaticsSteady Curr.

Quasi Stat.Dyn.

Mov.:Hertz 1890

Lor. and Einst.

quoted

Maxw.Eq.Statics

Steady Curr.Quasi Stat.

Dyn.Mov:Spec.Rel

StaticsSteady Curr.Quasi Stat.Dyn.

Special relativity

Refused ded. from

Spec. Rel.+ Coul.

Coul.law rededuced

from del.act. at a

dist.