Campo elettrico

Il campo elettrico descritto finora è più propriamente definito elettrostatico, in quanto generato da cariche elettriche in quiete e inerente a fenomeni elettrici di tipo statico. Questo campo ha una proprietà fondamentale, di cui invece non gode il campo elettrico associato a fenomeni dinamici (a correnti elettriche): è un campo conservativo. Tale proprietà, caratteristica anche del campo gravitazionale, si può esprimere in diversi modi; uno di questi è che il lavoro compiuto dalle forze del campo per spostare una carica da un punto all’altro dello spazio non dipende dalla particolare traiettoria scelta, ma solo dalla posizione iniziale e dalla posizione finale della carica. In altre parole, esiste una funzione scalare che dipende della posizione, chiamata potenziale, in funzione della quale si può esprimere il lavoro del campo.

Il potenziale elettrico V valutato in un punto del campo rappresenta il lavoro che le forze del campo idealmente spenderebbero per portare una carica unitaria da una regione infinitamente lontana fino a quel punto. Per il campo elettrostatico generato da una carica puntiforme, il potenziale è V(r) = (1/4pe₀)(Q /r). La sua dipendenza dalla distanza dalla sorgente del campo Q dice che il potenziale è massimo (al limite, infinito) vicino alla carica sorgente, e si riduce via via al crescere della distanza da essa.

Se si moltiplica il potenziale per la carica q, si ottiene l’energia potenziale posseduta dalla carica q stessa nel punto r del campo considerato. Poiché il campo elettrostatico è conservativo, il lavoro compiuto per spostare la carica q da un punto A a un punto B è esattamente uguale alla differenza tra l’energia potenziale nella posizione iniziale e l’energia potenziale nella posizione finale. In formule, L_(A,B) = q(V_A – V_B).

Il campo elettrico associato a cariche in moto ha caratteristiche diverse da quelle del campo elettrostatico. In primo luogo, non è conservativo; inoltre, manifesta un intimo legame con il campo magnetico (basti pensare che qualunque carica in moto genera intorno a sé un campo magnetico). Questa caratteristica mette in luce il fatto che elettricità e magnetismo non sono classi di fenomeni disgiunte, ma aspetti diversi di una stessa classe di fenomeni: l’elettromagnetismo.