Studiando i fenomeni elettrici, gli scienziati si sono resi conto che essi possono essere descritti efficacemente grazie al concetto di campo elettrico. Tale ente fisico fondamentale è generato dalla presenza delle cariche elettriche che possono essere considerate delle vere e proprie sorgenti di campo. Questa affermazione significa che quando nello spazio è presente una carica elettrica positiva (o negativa), il campo elettrico si dispone in modo che le sue linee di campo inizino (o finiscano) su di essa come illustrato nella figura seguente:
Per il campo magnetico il discorso è radicalmente diverso. Spesso si rappresenta il campo magnetico generato da un magnete con linee che partono dal suo polo nord e finiscono in corrispondenza del suo polo sud come nella figura qui sotto:
Questo tipo di immagini potrebbero suggerire che polo nord e polo sud costituiscano l’analogo magnetico delle cariche elettriche: in effetti, numerose esperienze, come quella di Ampére riguardo a fili percorsi da corrente, sembrano suggerire un’analogia totale tra interazioni elettriche e magnetiche. Tuttavia si tratta di rappresentazioni incomplete. Il campo magnetico infatti non si ferma sulla superficie del materiale, come invece accade per il campo elettrico in un corpo conduttore: il campo magnetico prosegue all’interno del magnete stesso. Nell’immagine che segue possiamo vedere come le linee del campo magnetico si chiudano su se stesse formando delle curve chiuse.
Il campo magnetico quindi sembra “girare intorno” alle correnti amperiane che attraversano la superficie del magnete. Si tratta di una proprietà molto generale: la legge di Biot-Savart, per esempio, prevede qualcosa di simile anche per una corrente rettilinea. In quel caso le linee di campo formano circonferenze concentriche che hanno per centro la sezione del filo attraversato da corrente. In modo simile il campo generato da un solenoide accerchia le correnti che scorrono nel solenoide stesso:
Questa proprietà geometrica fondamentale, ossia che le linee di campo di un campo magnetico sono sempre linee chiuse, si esprime dicendo che il campo magnetico è solenoidale. Questa considerazione è talmente importante che è condensata in una delle equazioni di Maxwell, che descrivono completamente il comportamento dei campi elettrico e magnetico.
Sembrerebbe quindi che per il campo magnetico non esistano i corrispondenti delle cariche elettriche: tali ipotetiche cariche magnetiche, chiamate comunemente monopoli magnetici, sono state cercate a lungo da ricercatori di tutto il mondo perché la loro esistenza renderebbe più eleganti e simmetriche le equazioni che descrivono l’elettromagnetismo.
Tuttavia finora la ricerca si è dimostrata vana: non è stata individuata alcuna particella elementare che presenti tutte le caratteristiche di un monopolo magnetico. Oggetti simili sono stati individuati soltanto in alcuni esotici stati della materia condensata (chiamati “spin ice” o in italiano “ghiacci di spin”). Tali monopoli sono manifestazioni dalla complessità dei sistemi in cui si presentano e non possono essere considerati degli autentici monopoli elementari.
Crediti immagine: Geek3, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:VFPt_four_charges.svg e https://commons.wikimedia.org/wiki/File:VFPt_cylindrical_magnet.svg
P.Sumanth Naik, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Barmagnet1.png
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solenoidspole.svg
