Weekly Science Byte: Perché un filo percorso da corrente genera un campo magnetico?

Un filo percorso da corrente genera un campo magnetico attorno a sé: un fenomeno fisico fondamentale dimostrato per la prima volta in modo conclusivo dal fisico danese Hans Christian Oersted nel 1820. Nel suo classico esperimento, quando una corrente elettrica scorreva attraverso un filo, l'ago parallelo di una bussola posto sotto di esso si defletteva. Questo dimostrò direttamente l'effetto magnetico della corrente elettrica, stabilì il legame intrinseco tra elettricità e magnetismo e inaugurò una nuova era nella ricerca sull'elettromagnetismo.

Da una prospettiva microscopica, il campo magnetico ha origine dal movimento delle cariche elettriche. Quando un filo è percorso da corrente, la deriva direzionale degli elettroni liberi al suo interno forma la corrente. Secondo i principi dell'elettromagnetismo, ogni carica in movimento genera un campo magnetico attorno a sé. Sebbene il filo sia complessivamente elettricamente neutro, i minuscoli campi magnetici prodotti dal vasto numero di elettroni che si muovono in modo co-direzionale sovrapporre costruttivamente nello spazio esterno al filo, formando il campo magnetico macroscopico rilevabile. La sua intensità è direttamente proporzionale all'intensità della corrente e inversamente proporzionale alla distanza, mentre la sua distribuzione dipende dalla geometria del conduttore (filo rettilineo, spira, solenoide, ecc.).

Nell'ambito della teoria elettromagnetica elaborata da James Clerk Maxwell, il fenomeno di un filo percorso da corrente che genera un campo magnetico è perfettamente incorporato nelle sue equazioni. In particolare, Legge di Ampère-Maxwell Afferma che un campo magnetico può essere prodotto non solo da una corrente di conduzione (la corrente nel filo), ma anche da un campo elettrico variabile. Questa legge è fondamentale per descrivere i campi elettromagnetici variabili nel tempo. Unifica e sviluppa le scoperte di Oersted e Ampère, rivelando che i campi elettrico e magnetico sono due aspetti inseparabili dello stesso campo elettromagnetico: un campo elettrico variabile genera un campo magnetico, e un campo magnetico variabile genera un campo elettrico. Essi si inducono reciprocamente, dando origine alle onde elettromagnetiche.