POYNTING, John Henry
POYNTING, John Henry
Fisico inglese, nato il 9 settembre 1852 a Monton presso Manchester, morto il 30 marzo 1914. Studiò a Manchester e a Cambridge. Nel 1878 fu chiamato a insegnare nel Trinity College a Cambridge, e nel 1880 passò all'università di Birmingham, dove rimase fino alla morte. Nel 1888 fu eletto membro della Società Reale. La misura della costante di gravitazione lo preoccupò per 12 anni. Nel 1884 pubblicò il suo lavoro On the transfer of energy in the electromagnetic field che introduceva il "vettore di P." (v. appresso). Dedicò anche numerose ricerche alla pressione di radiazione di cui aveva dimostrato teoricamente l'esistenza. In collaborazione con J. J. Thomson pubblicò varî testi di fisica.
Il vettore di Poynting. - In seguito alle classiche ricerche di Carnot, di Joule, di Helmholtz, di sir W. Thomson (lord Kelvin) era entrata a far parte del patrimonio della scienza fisica, nel corso del sec. XIX, la dottrina della conservazione dell'energia (v. energia; termodinamica): in base ad essa restava acquisito che l'energia ha un'esistenza obiettiva, nel senso che non può sparire da un corpo o da un sistema materiale senza ricomparire in misura equivalente altrove. Il Poynting supplementò (nel 1884) il principio della conservazione con un'asserzione ulteriore, ricavando da una serie di confronti questa deduzione, che l'energia possiede anche continuità nella sua esistenza; cioè se sparisce da una regione dello spazio e ricompare in un'altra, esiste sempre nello spazio intermedio un qualche processo fisico identificabile obiettivamente, in relazione al quale possiamo dire che l'energia si è spostata dall'una all'altra regione seguendo un cammino determinato e rintracciabile come se fosse un fluido materiale.
La conoscenza del processo fisico che facendo conoscere il viaggio fatto dall'energia conduce ad asserirne la continuità, è ovvia in molti casi: trasporto convettivo di energia cinetica, di energia termica, di energia immagazzinata nei corpi materiali, trasporto per radiazioni luminose, calorifiche, sonore; caso del lavoro meccanico convogliato lungo una cinghia in tensione, lungo un asse di una macchina che lavora per torsione, e simili. E in tutti questi casi si può definire, punto per punto, un vettore che rappresenta in grandezza e orientazione, il fluire dell'energia: nel paragone idrico, esso verrebbe a corrispondere alla velocità dell'acqua.
Non era però immediato il poter estendere questa nozione al caso generale di energia viaggiante per effetto di azione elettromagnetica.
Il Poynting nella sua memoria fondamentale trovò che se in un campo elettromagnetico, ove sia E la forza elettrica di campo, H la forza magnetica di campo, si considera il vettorprodotto di queste due, cioè la espressione
(ovvero, nei sistemi di unità non razionalizzati, la stessa espressione divisa per 4π), si ottiene un vettore la cui divergenza o convergenza in ogni punto del campo uguaglia la rapidità di decremento o d'incremento dell'energia immagazzinata per unità di volume. Quindi il vettore P può venire assunto come rappresentativo della corrente di energia convogliata elettromagneticamente.
Ad esso, o più genericamente a qualunque vettore che rappresenti una corrente di energia, è stato dato il nome di vettore di Poynting, o flusso di Poynting. In casi speciali si applica anche il nome di vettore radiante. La conoscenza del vettore P completa la nozione di continuità dell'energia: mediante esso noi arriviamo a tracciare in ogni caso il cammino percorso dall'energia quando sparisce da una regione e ricompare in un'altra. E questo tracciamento conduce a rilievi assai interessanti, fra gli altri a questo: che quando si trasmette energia a distanza per mezzo di conduttori elettrici, la maggior parte dell'energia viaggia non nell'interno dei conduttori, ma nello spazio circostante.
È però da osservare che, mentre nei casi che noi abbiamo citato dapprima come elementari, il percorso dell'energia è determinato senza ambiguità, invece la costruzione del vettore P dipende da un'assunzione arbitraria: poiché la validità dell'espressione adottata dal Poynting è assicurata solo dal soddisfare alle condizioni di convergenza e divergenza: quindi al vettore P si può sovrapporre un qualunque altro vettore circuitale (cioè che sia solenoidale, il che vuol dire privo di divergenza, in tutto lo spazio) e si ottiene un nuovo vettore, che soddisfa alle stesse condizioni.
Ora la matematica insegna che di questi vettori ve ne sono infiniti. Quindi la corrente di energia dovuta ai campi elettromagnetici può considerare come identificabile solo a meno di un arbitrario vettore circuitale; e il particolare vettore additato da Poynting rappresenterebbe solo una delle infinite possibili determinazioni della corrente di energia.
Sembra che queste riflessioni valgano a escludere, almeno per ora, un tentativo che era stato fatto per andare ancora al di là della nozione di continuità dell'energia arrivando ad asserire che gli elementi di energia posseggano identità al pari degli elementi di materia.