Quadricorrente

In fisica, in particolare in elettrodinamica, la quadricorrente è il quadrivettore Lorentz covariante la cui componente temporale è la densità di carica elettrica e quella spaziale è la densità di corrente elettrica.

Definizione

La quadricorrente è un quadrivettore definito come

$\rho v^{a}=\rho _{E}\left(c,\mathbf {v} \right)=\rho _{E}\left(c,v_{x},v_{y},v_{z}\right)$

dove $c$ è la velocità della luce, $\rho _{E}$ la densità di carica elettrica e il suo prodotto per la velocità $\rho _{E}\mathbf {v}$ la densità di corrente, mentre $a$ denota le dimensioni spaziotemporali.

La quadricorrente può essere espressa in funzione della quadrivelocità $v^{\alpha }$ come:

$J^{\alpha }=\rho _{0}v^{\alpha }=\rho {\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}v^{\alpha }$

dove la densità di carica $\rho$ è misurata da un osservatore fermo che vede muoversi la corrente elettrica, mentre $\rho _{0}$ è misurata da un osservatore posto nel sistema di riferimento in moto delle cariche, che si muove ad una velocità $v=\|\mathbf {v} \|$ pari alla norma della componente spaziale di $v^{\alpha }$.

In relatività generale la quadricorrente è definita come la divergenza del vettore spostamento elettromagnetico, dato da:

${\mathcal {D}}^{\mu \nu }\,=\,{\frac {1}{\mu _{0}}}\,g^{\mu \alpha }\,F_{\alpha \beta }\,g^{\beta \nu }\,{\sqrt {-g}}\rho _{E}\qquad v^{\mu }=\partial _{\nu }{\mathcal {D}}^{\mu \nu }$

Equazione di continuità

In relatività speciale la legge di conservazione della carica, che nel limite non relativistico è espressa dall'equazione di continuità, assume la seguente forma tensoriale:

$\partial _{\alpha }\cdot (\rho _{E}V^{\alpha })={\frac {\partial \rho _{E}}{\partial t}}+\nabla \cdot \mathbf {\rho _{E}\mathbf {v} } =0$

dove $\partial _{\alpha }$ è il quadrigradiente, dato da:

$\partial _{\alpha }\ =\left({\frac {1}{c}}{\frac {\partial }{\partial t}},\nabla \right)\qquad \partial _{a}v^{a}=\sum _{i=0}^{3}\partial _{i}v^{i}$

L'equazione di continuità si può scrivere anche come:

$(\rho _{E}v^{a})_{;a}=0$

dove $;$ denota la derivata covariante.

Bibliografia

• (EN) John D Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd Edition, Wiley, 1999, ISBN 047130932X.

Voci correlate

• Carica elettrica
• Corrente elettrica
• Densità di carica
• Densità di corrente
• Equazione di continuità
• Quadrigradiente
• Quadrivelocità
• Quadrivettore
• Spaziotempo di Minkowski