13. Enrico Borghi – Descrizioni del processo di carica di un condensatore


Il processo di carica di un condensatore è un punto di osservazione utile per mettere in luce i problemi che, a mio avviso, affliggono il modo in cui l’Elettromagnetismo maxwelliano viene usualmente presentato.

Di questo fenomeno si occupa Feynman nella sezione 27-5 del secondo volume del suo trattato “The Feynman lectures on Physics”.

Feynman, che considera il campo e.m. un oggetto fisico dotato di variabili dinamiche (come è d’abitudine nella stragrande maggioranza dei fisici), si trova a dover affrontare il problema di spiegare come il processo di carica di un condensatore, che consiste nel trasporto di carica elettrica da un’armatura all’altra effettuato da una batteria, possa coesistere col processo di energizzazione del condensatore che avviene perché vi è flusso del vettore di Poynting entrante nello spazio compreso fra le armature, flusso che, essendo il campo e.m. un oggetto fisico, convoglia in esso energia in quantità uguale a quella legata al trasporto di carica elettrica.

Evidentemente i due processi non possono essere attivi entrambi, uno deve essere inesistente. Feynman conclude che il vettore di Poynting è un nonsenso e quindi il suo flusso non energizza alcunché.

Ma nella sezione successiva, la 27-6, Feynman parla di “field momentum”, concetto che egli sembra accettare pienamente nel suo significato fisico-matematico, e osserva (correttamente) che il momento e.m. e il vettore di Poynting sono mutuamente proporzionali.

Ci chiediamo allora: come è possibile che il vettore di Poynting non rappresenti nulla di fisicamente significativo (anzi, sia addirittura un nonsenso) mentre il vettore momento e.m., ad esso proporzionale, viene accettato in pieno? Come è possibile, dato che energia e momento sono componenti di un medesimo 4-vettore?

Ricordiamo, per di più, che il vettore di Poynting, che esprime una densità di flusso di energia, compare, insieme con altre grandezze al di sopra di ogni sospetto (come l’energia elettromagnetica), nel “Teorema di Poynting” che si ricava dalle equazioni di Maxwell (quelle nei rotori). Non sembra perciò facile considerarlo fisicamente un nonsenso.

Torniamo alla sezione 27-5.

Feynman osserva la “stranezza” del fenomeno che si manifesta in un conduttore percorso da corrente nel quale il flusso del vettore di Poynting entra, attraverso la superficie, generando calore in misura uguale a quella dovuta all’effetto Joule.

Feynman ipotizza che il flusso del vettore di Poynting sia la causa del movimento degli elettroni nel conduttore, un’ipotesi non facilmente sostenibile perché il vettore di Poynting è funzione del campo magnetico che circonda il conduttore, e il campo magnetico esiste perché c’è corrente, perciò il vettore di P. è l’effetto, e non la causa, del movimento degli elettroni; ne segue che non si può fare altro che constatare che effetto Joule e flusso del vettore di Poynting sono entrambi presenti e raddoppiano, insieme, il calore che si forma nel conduttore.

Il fenomeno del “raddoppio”, come si può verificare, riguarda qualunque sistema elettromagnetico.

In che modo si può rimuoverlo?

Eliminando d’autorità uno dei termini, come propone Feynman?

In questo studio si riprende in considerazione il problema proponendo una risposta diversa, una risposta che in “fisicarivisitata” è stata presentata già più volte e che ora viene ripresa focalizzandola su un fenomeno specifico: il processo di carica di un condensatore.

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