Le domande di un vitello: campi magnetici

[vitellocromato]

Mi autofustigo e mi do dello scellerato!




Faccio una domanda che sicuramente sarà priva di significato e malposta

Si dovrebbe essere in grado ( sarà vero?) di interpretare fenomeni meccanici ed elettrici sfruttando un modello elementare e banale della materia.

Visualizzando grossi nuclei carichi positivi, gli elettroni che girano attorno e semplicemente aggiungengo la forza gravitazionale e la forza elettrica ( senza scomodare le nucleari che non conosco ma tanto per ora stanno dentro al nucleo) si riesce a dare una interpretazione rudimentale a tali fenomeni (dinamica e elettrostatica almeno)

Per quanto riguarda i fenomeni magnetici non riesco proprio

Sapreste dirmi se il modello proposto è sufficiente per interpretare ad esempio l'interazione tra fili percorsi da corrente?

L'idea che ho, ma che non riesco a mettere a fuoco - ne a trovare da nessuna parte-, è che tale fenomeno possa essere interpretato semplicemente applicando in qualche modo la forza elettrica tra cariche in movimento ( magari dimostrandolo con qualche costruzione geometrica)

Non pretendo una spiegazione se è troppa complessa a darsi, sarei immensamente grato anche se qualcuno mi potesse dare un riferimento ad un eventuale articolo in cui si tratta tale argomento

Ancora grazie


Non ha senso!

Motivo della domanda:

Lessi anni fa mentre sfogliavo un libro di fisica delle 4 forze fondamentali.

Passando del tempo mi è rimasto un rude ricordo deviante.

"le forze fondamentali sono la forte, la debole , la gravitazionale e l'elettrica!"

NO! non è l' elettrica ma l'elettromagnetica.

Mai fidarsi troppo della memoria...

Da cui il ragionamento che ero partito a fare era il seguente: se della forza magnetica non c'è traccia nelle 4 forze fondamentali il suo effetto deve essere una composizione degli effetti delle altre, presupponendo che fosse dell'elettrica.

Per cui la domanda decade con disonore.

tra l'altro ripensandoci "a posteriore" se fosse stato così ci dovrebbe essere stato un equivalente del campo magnetico anche per la forza gravitazionale ( dato che ha la stessa forma della forza di Coulomb)


Senza scomodare troppo i campi direi che al modello rudimentale che avevo devo semplicemente aggiungere la forza di Lorentz ( per ora) e spero di non avere problemi.

[ipparco]

Premetto che di fisica so poco, così qualsiasi sciocchezza scriva mi giustifica il fatto che sono un informatico ("ma allora perchè rispondi ?" qualcuno potrebbe obiettare giustamente...).
Le equazioni di Maxwell descrivono come varia il campo elettromagnetico, una volta dato il campo elettromagnetico ad un dato istante; il movimento di una particella di prova (cioè tale che non possa influire sul campo) viene calcolato usando la forza di Lorentz e la soluzione delle equazioni di Maxwell.
Poichè ci sono campi, particelle e forze, la situazione è molto più complessa rispetto alla teoria della gravitazione newtoniana, nella quale sono presenti le particelle e le forze, ma non il campo.
Negli anni 40, Richard Feynman ha riformulato la teoria elettromagnetica senza usare i campi, ottenendo così per l'elettromagnetismo una teoria simile a quella newtoniana.
Forse ti interessa qualcosa di questo tipo.

[vitellocromato]

Premetto che di fisica so poco, così qualsiasi sciocchezza scriva mi giustifica il fatto che sono un informatico ("ma allora perchè rispondi ?" qualcuno potrebbe obiettare giustamente...)..

Anch'io sono un informatico, deviato verso l'indirizzo automazione, ti ringrazio per aver risposto

Le equazioni di Maxwell descrivono come varia il campo elettromagnetico, una volta dato il campo elettromagnetico ad un dato istante; il movimento di una particella di prova (cioè tale che non possa influire sul campo) viene calcolato usando la forza di Lorentz e la soluzione delle equazioni di Maxwell.

Le cose, per far prima, a me me le hanno spiegate solo in teoria...
Non ho idea di come si possa usare maxwell per studiare il moto di una particella di prova.
Mi sarei affidato piuttosto a forza di Lawrence e equazione di Newton

Poichè ci sono campi, particelle e forze, la situazione è molto più complessa rispetto alla teoria della gravitazione newtoniana, nella quale sono presenti le particelle e le forze, ma non il campo.

A me hanno detto che dei campi ci sono ( o forse ho capito male io) il campo gravitazione e il campo elettrico almeno.
Forse ti riferisce al campo magnetico, proprio quello che non riesco a spiegarmi?

Negli anni 40, Richard Feynman ha riformulato la teoria elettromagnetica senza usare i campi, ottenendo così per l'elettromagnetismo una teoria simile a quella newtoniana.
Forse ti interessa qualcosa di questo tipo.

interessante, bisogna vedere cosa ha usato...

Comunque mi appunto il nome di questo tizio e quando trovo un po' di tempo libero vedrò.

Quello che ero curioso di sapere era se i campi magnetici possono essere previsti solo dalla forza elettrostatica e dal moto delle cariche che interagiscono a mezzo di tale forza.

Puoi confermarmi se Feymann abbia ragionato in questo senso?

[ipparco]

La forza di Coulomb per l'elettricità è sostanzialmente identica alla forza di gravità di Newton: entrambe non usano campi, ma forze a distanza: 2 o più particelle interagiscono istantaneamente semplicemente in base alla loro posizione nello spazio.
Se tu ipotizzi due corpi puntiformi A e B con massa m e con carica q posti a 40 anni luce di distanza, usando le formule di Coulomb e di Newton, A e B interagiscono tra di loro come se fossero distanti 10 centimetri, in un certo senso. Questo perchè sono entrambi modelli di azione a distanza, dove ogni particella "sa" dove sono le altre particelle.
Nella teoria di Maxwell, invece, c'è un mezzo, il campo elettromagnetico, diffuso in tutto lo spazio, che dice alle particelle come comportarsi. La forza di Lorentz, in pratica, esprime proprio questo, cioè che la particella si muove esclusivamente in base al valore del campo elettromagnetico nel punto dove si trova. Così, se 2 particelle cariche sono poste a 40 anni luce di distanza, non si muoveranno subito, come nel caso della formula di Coulomb, ma dovranno aspettare 40 anni, cioè il tempo necessario perchè l'informazione arrivi tramite l'"evoluzione" del campo.
Si parla di campi anche nel caso della forza di Coulomb e della forza gravitazionale, ma in un senso improprio, perchè sono "finzioni" che vengono usate per fare i calcoli, non "attori" veri e propri come nella teoria di Maxwell. Maxwell è stato costretto ad introdurre i campi proprio perchè non riusciva a spiegare il magnetismo in una maniera naturale, cioè come aveva fatto Coulomb per l'elettricità, fornendo una formula in stile Newton.
Feynman è riuscito molti anni dopo a fornire uno schema con azione a distanza anche per il magnetismo, ma non credo che le sue formule siano molto semplici. In rete ho trovato pochissimo materiale sull'argomento e questo potrebbe essere un indice della scarsa manegevolezza del suo sistema.

[vitellocromato]

Veramente illuminante !

Da cui quelli che fino ad ora ho chiamato campi "sono finti" e non ha senso cercare di spiegare il campo magnetico con la Forza di Coulomb!

E io che pensavo che 2 masse a 5000 anni luce interagissero tra loro "all'istante" - pur con forze quasi-nulle

Questo magnetismo è veramente ostico!

Va bè.

Ti ringrazio di nuovo.

[vitellocromato]

Si va bè, ma la domanda si trasforma e non muore!!!!

Perchè adesso posso prendere il "campo" gravitazionale e il "campo" elettrico e semplicemente... mi voglio correggere a posteriori ed evitare di usare il termine campo erchè a quanto si vedrà, in questo contesto sembra risultare maldefinito

Perchè adesso posso ... definire le forze come fatto da Newton e Coulomb come funzioni delle posizioni di cariche e masse e del tempo e semplicemente traslandole nel tempo in funzione della loro posizione ( non so se mi sono spiegato)

Se F(t) è la forza tra due masse a distanza d(t), calcolata secondo la legge di gravitazione universale classica, tenendo conto del fatto che l'azione della forza si trasmette alla velocità della luce, potrei anzichè usare F(t) usare F(t-d(t)/c) con c velocità della luce e con d(t) distanza tra le due masse nel tempo....

Riuscirei adesso in modo intuitivo a spiegare un campo magnetico, usando solo la forza di "Coulomb ritardata" ( sempre che abbia senso) e usando il fatto che le cariche si muovono ?

[ipparco]

Non sono sicuro di avere capito bene la tua proposta. Provo a riformularla come l'ho capita io: le varie particelle materiali producono un campo gravitazionale che si diffonde alla velocità della luce e le particelle si muovono in base al valore del campo gravitazionale nel punto in cui sono. Analogo ragionamento dovrebbe valere per la forza di Coulomb.
In questo caso il problema dovrebbe essere dato dal fatto che nell'intorno di una particella il campo gravitazionale (o elettrico) assume valori enormi (tendono all'infinito mano a mano che ci si avvicina alla particella), così la particella non potrebbe muoversi in maniera "coerente". In altre parole, ci sarebbero dei problemi di "autointerazione": ecco perchè nelle teorie newtoniane e coulombiane non c'è il campo. Si può usare il concetto di campo nelle teorie newtoniane e coulombiane solo come approssimazione quando c'è una massa o una carica molto grande rispetto alle altre (per esempio, terra-oggetti sulla superficie terrestre, oppure sole-pianeti, ecc...): in quei casi, si ignorano gli effetti delle masse-cariche piccole sulla massa-carica grande, si "toglie" la massa-carica grande, si inserisce il campo e si fanno i conti. Ma se le sorgenti grandi fossero due, non si potrebbe più ragionare usando i campi. Viceversa, nella teoria di Maxwell, si rinuncia per principio all'esistenza di "particelle di base" nei fenomeni elettromagnetici, si considera l'elettromagnetismo come un fenomeno "fluido", e le cosidette particelle di prova, in realtà, non sarebbero altro che la controparte teorica degli strumenti di misura.
Spero di non aver detto cavolate.
Ciao

[vitellocromato]

Scusa se rispondo ora ma ieri non mi sono potuto collegare
Premessa: sono conscio che sparerò diverse calcolate, non lo starò a puntualizzare ogni volta

Non sono sicuro di avere capito bene la tua proposta. Provo a riformularla come l'ho capita io: le varie particelle materiali producono un campo gravitazionale che si diffonde alla velocità della luce e le particelle si muovono in base al valore del campo gravitazionale nel punto in cui sono. Analogo ragionamento dovrebbe valere per la forza di Coulomb.
In questo caso il problema dovrebbe essere dato dal fatto che nell'intorno di una particella il campo gravitazionale (o elettrico) assume valori enormi (tendono all'infinito mano a mano che ci si avvicina alla particella), così la particella non potrebbe muoversi in maniera "coerente". In altre parole, ci sarebbero dei problemi di "autointerazione": ecco perchè nelle teorie newtoniane e coulombiane non c'è il campo.

in effetti non ci avevo mai pensato a questa autointerazione che produrrebbe fenomeni strani.

Forse avevo sottovalutato il concetto di "carica spia".
Detta q la carica spia ( dalle definizioni che ho trovato su vecchi libri) il "campo elettrico" dovrebbe essere definito in ogni punto come E=F/q con F la forza elettrica agente su quella carica.
Da questa poi ricavavo che noto il campo elettrico in un punto la forza agente sul una carica ferma in quel punto in un istante sarebbe stata F=E*q.
Ma se uso tale espressione incondizionatamente in effetti ho i problemi che mi fai notare....
NOn ci avevo mai pensato, grazie.

Si può usare il concetto di campo nelle teorie newtoniane e coulombiane solo come approssimazione quando c'è una massa o una carica molto grande rispetto alle altre (per esempio, terra-oggetti sulla superficie terrestre, oppure sole-pianeti, ecc...): in quei casi, si ignorano gli effetti delle masse-cariche piccole sulla massa-carica grande, si "toglie" la massa-carica grande, si inserisce il campo e si fanno i conti. Ma se le sorgenti grandi fossero due, non si potrebbe più ragionare usando i campi.

Siamo sicuri che la condizione per cui l'approssimazione per poter usare il campo sia questa (se per massa grande intendi massa grande in valore)?

Adesso ho il seguente dubbio.
Ipotizziamo di avere due masse m1 e m2 qualsiasi nel vuoto e che ci siano solo loro ( in questo caso che entrambe siano grandi o piccole non dovrebbe cambiare niente)
Adesso prendiamo una massa virtuale V che è un po' la carica spia, che "virtualmente" subisce le forze del campo senza interferire con esso.

Metto V in un intorno di M1. il campo in questo caso è forte e diretto verso M1.
Metto V in un intorno di M2, il campo in questo caso è forte e diretto verso M2.
In questo modo mappo il campo nello spazio.
Levo V e studio le evoluzioni di M1 e M2 nel tempo usando il campo gravitazionale.
In questo caso entrambe le masse rimarrebbero nel punto in cui sono perchè se si spostassero di un valore infinitesimo una forza enorme le riporterebbero doverano ( se le spostassi di un valore infinitesimo direi che inizierebbero a oscillare comunque con ampiezza pari a quel valore).


E questo se non sbaglio varrebbe in un istante anche se M1 fosse molto minore di M2 perchè posso trovare sempre un intorno del punto in cui è concentrata M1 tale per cui la forza gravitazionale esercitata da M1 sia molto maggiore di quella generata da M2

Per usare il concetto di campo dovrei escludere dalla sua generazione il corpo che è influenzato, per cui ogni corpo vedrebbe un suo campo anche perchè in Newton e Coulomb si dice che un corpo subisce l'interazione di un altro corpo e non di se stesso. Non sarebbe quindi prevista autointerazione e il campo sarebbe definito non univocamente ma per ogni oggetto.

Viceversa, nella teoria di Maxwell, si rinuncia per principio all'esistenza di "particelle di base" nei fenomeni elettromagnetici, si considera l'elettromagnetismo come un fenomeno "fluido", e le cosidette particelle di prova, in realtà, non sarebbero altro che la controparte teorica degli strumenti di misura.
Spero di non aver detto cavolate.
Ciao

Su questo ci devo ripensare, ora rileggo tutta la serie dei post col senno di poi cercando di tirare giù una sintesi

[TADW_Elessar]

In questo caso entrambe le masse rimarrebbero nel punto in cui sono perchè se si spostassero di un valore infinitesimo una forza enorme le riporterebbero dov'erano.

Mi sembra che stia trascurando il fatto che le "onde del campo" si muovono con la velocità della luce, e quindi è impossibile per un corpo "superarle" ed essere influenzato dal proprio stesso per come era un secondo prima. E in ogni caso un corpo puntiforme non esercita una forza su sé stesso.

Per quanto riguarda i campi più in generale, non facciamo l'errore di pensare che "esistano" necessariamente: un campo è un ente matematico che ha un valore (scalare, vettore...) in ogni punto dello spazio, ma è del tutto possibile usare degli altri modelli (vedi Feynman). Nelle parole di Von Neumann, questo è un costrutto matematico spesso utile per descrivere la realtà:

Le scienze non cercano di spiegare, e difficilmente tentano di interpretare, ma fanno soprattutto dei modelli. Per modello s'intende un costrutto matematico che, con l'aggiunta di certe interpretazioni verbali, descrive dei fenomeni osservati. La giustificazione di un tale costrutto matematico è solamente e precisamente che ci si aspetta che funzioni.

[vitellocromato]

Mi faccio una sintesi

errori e lacune
Le forze tipo Coulomb e Newton non sono istantanee ma si propagano alla velocità della luce

La definizione di campo che estraggo da tali forze "va presa con le molle".
Nel caso di campo elettrico l'espressione F=q*E vale solo se q è una carica di prova che non modifica il campo ( molto poco pratico), e mai se q contribuisce alla generazione del campo per quanto sopra detto.

provo a riporre ancora la domanda, correggendola

nella domanda iniziale rileggendola avevo chiesto di spiegare un campo magnetico con forze elettriche essendo ignorante su molti significati del campo magnetico.
Per cui Ipparco mi faceva notare che un campo magnetico è un qualcosa di molto complesso ( e infatti rileggendo tutto la domanda risulta malposta)

è possibile spiegare la Forza di ampere ( forza di interazione tra due correnti) utilizzando solo una forza elettrica ritardata ( per quanto finora trattato) e lasciando perdere i campi?

Voglio spiegare forze con forze, i campi li lascio perdere ( il tutto mi serve per capire se i modelli che mi sono fatto finora posso continuare ad usarli anche per i motori elettrici, e pi magari per arrivare a capire i campi stessi )

Viva la droga!

[vitellocromato]

Mi sembra che stia trascurando il fatto che le "onde del campo" si muovono con la velocità della luce, e quindi è impossibile per un corpo "superarle" ed essere influenzato dal proprio stesso per come era un secondo prima. E in ogni caso un corpo puntiforme non esercita una forza su sé stesso.

Sto trascurando d'ogni cosa perchè sugnu ignurantu!
Comunque aggiungo anche questo al repertorio

Faccio un esempio correggimi se non ha senso
è un po' come se avessi una sfera e montassi su un suo "equatore" ( non mi viene il nome ma ci siamo capiti) dei laser rossi che puntano al'esterno e ortogonali alla superfice della sfera.
Se i laser fossero perfetti e non venissero mai riflessi la sfera non risulterebbe mai illuminata per quanto intensi siano i laser in un suo intorno.

??????

Per quanto riguarda i campi più in generale, non facciamo l'errore di pensare che "esistano" necessariamente: un campo è un ente matematico che ha un valore (scalare, vettore...) in ogni punto dello spazio, ma è del tutto possibile usare degli altri modelli (vedi Feynman). Nelle parole di Von Neumann, questo è un costrutto matematico spesso utile per descrivere la realtà:

Mi sembra che sia quello che sto cercando di capire con le mie domande malposte.
Finora per me sono esistite ( e non mi meraviglierei se non fosse vero neanche questo) elettroni protoni neutroni e le quattro forze fondamentali ( ne conosco solo due) è per questo che sto cercando di capire se con soli questi pochi elementi riesco ad interpretare i fenomeni magnetici ( secondo me è possibile) o se devo arrendermi e cercare di aggiungere qualcos'altro o limitarmi a fare alcune modifiche ( come il fatto che le forze si propagano alla velocità della luce che non sapevo)


Anche l'energia è un ente matematico? sapresti confermarmi?

[TADW_Elessar]

Per quello che ho capito della tua domanda mi sento di dire che non può avere altra risposta se non che l'esistenza di fenomeni magnetici è un fatto sperimentale. Che siano connessi con quelli elettrici è un altro fatto (vedi poi la formalizzazione nelle equazioni di Maxwell).

L'unificazione dei due credo che riguardi il modello standard delle particelle elementari che è per ora decisamente al di là delle mie conoscenze.

[vitellocromato]

Per quello che ho capito della tua domanda mi sento di dire che non può avere altra risposta se non che l'esistenza di fenomeni magnetici è un fatto sperimentale. Che siano connessi con quelli elettrici è un altro fatto (vedi poi la formalizzazione nelle equazioni di Maxwell).

Maxwell se non sbaglio parla di circuitazioni e flussi di campi elettrici e magnetici... al momento non sono ancora in grado di vederli intuitivamente

L'unificazione dei due credo che riguardi il modello standard delle particelle elementari che è per ora decisamente al di là delle mie conoscenze.

Provo a fare una sintesi

Finora il modellino con protoni elettroni e neutroni forza elettrica e gravitazionale ha funzionato.
Poi si sono osservati i campi magnetici e non torna più nulla.
Il modellino per spiegarli va enormemente complicato e non c'è versi di fare altrimenti.

Direi che se qualcuno mi conferma definitivamente posso chiudere anche la domanda.

[TADW_Elessar]

Non mi pare ci sia nulla di particolarmente complicato. Anzi, è elegantemente semplice.

4 equazioni piacevolmente simmetriche per i fenomeni elettromagnetici...

[vitellocromato]

Non mi pare ci sia nulla di particolarmente complicato. Anzi, è elegantemente semplice.

4 equazioni piacevolmente simmetriche per i fenomeni elettromagnetici...

Per te!

Per me sono solo equazioni e non avendole ancora digerite rimangono tali.

Non riesco a visualizzare niente con queste al più le posso appliccare a "pappagallo" come un calcolatore per farmi un sistema di equazioni differenziali associato al modello che mi sono fatto per l'oggetto fisico che sto studiando.

in più sono in conflitto con quello che credevo già di sapere ( non riuscendo in alcun modo a prevederle)

Spero che sia questione solo di tempo... ahimè!