4. Circuitazione - Rotore - Equazioni di Maxwell


fig4000.gif

Riferendosi alla figura, la circuitazione di un campo vettoriale h lungo i lati del quadrato AEHD, parallelo al piano (x,y), è data da

Eqn400.gif

Questo risultato può essere interpretato come il risultato del prodotto scalare tra un vettore R tale che Eqn401.gif e il vettore dxdyk perpendicolare al piano xy e diretto come l'asse z. Rappresenta quindi il flusso del vettore R attraverso la superficie di contorno AEHD.

Ragionamenti analoghi sui quadrati ABCD e ABFE portano alle seguenti conclusioni:

Eqn402.gif

Data una generica superficie dS, il vettore normale ad essa e di modulo dato dalla sua area è

Eqn403.gif

La circuitazione h di h lungo il contorno di dS è data dalla somma delle circuitazioni attorno ai contorni delle componenti di dS, cioè delle sue proiezioni sui piani definiti dagli assi cartesiani:

Eqn404.gif

Questo risultato può essere interpretato come il prodotto scalare tra il vettore

Eqn405.gif

e il vettore Eqn406.gif, cioè come il flusso R di R per la superficie dS.

A sua volta, il vettore R può essere interpretato come il prodotto vettoriale di nabla.gif per h:

Eqn407.gif

In generale il prodotto vettoriale di nabla.gif per h è detto rotore di h. Quindi R è il rotore di h.

In conclusione si può affermare che

la circuitazione di un campo vettoriale h lungo il contorno di una superficie dS è uguale al flusso R del rotore di h attraverso la superficie dS:

Eqn408.gif

Questo risultato è noto come Teorema di Stokes.

Una conseguenza immediata di questo teorema è che un campo è conservativo se e solo se il suo rotore è nullo.

Se h rappresenta un campo elettrico E, per la legge di Faraday, la circuitazione di E è uguale alla derivata rispetto al tempo del flusso di induzione magnetica B

Eqn410.gif

Uguagliando i secondi membri di (4.2) e (4.3) si ottiene

Eqn411.gif

La (4.4) è una delle equazioni di Maxwell.

Se invece h rappresenta un campo di induzione magnetica B, per la legge di Ampère-Maxwell, la circuitazione di B è data da

Eqn412.gif

dove I rappresenta la corrente concatenata con il percorso di circuitazione e può essere espressa come flusso di densità di corrente J attraverso la superficie dS. Quindi

Eqn413.gif

Uguagliando i secondi membri di (4.2) e (4.6) si ottiene

Eqn414.gif

La (4.7) completa la quaterna delle

equazioni di Maxwell:

Eqn415.gif