E-school  di  Arrigo Amadori

Tutorial di fisica

Onde elettromagnetiche

 

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01 - Onde elettromagnetiche. 

In questa pagina introduciamo il concetto di onda elettromagnetica in modo intuitivo. Una trattazione più approfondita è possibile solo con l'aiuto di una matematica piuttosto sofisticata. Rimandiamo quindi più avanti in questo corso un tale approfondimento.

Fin qui abbiamo visto essenzialmente che :

        -    cariche elettriche immobili creano un campo elettrico costante (detto campo elettrostatico)

        -    cariche elettriche  in movimento creano un campo elettrico variabile 

        -    cariche elettriche in movimento uniforme (una corrente elettrica continua) creano un campo magnetico costante (detto campo magnetostatico)

        -    cariche elettriche in movimento non uniforme (una corrente elettrica variabile (in particolare alternata)) creano un campo magnetico variabile

        -    un campo magnetico variabile crea un campo elettrico variabile.

A causa di un principio di generale simmetria al quale la natura sembra obbedire, si può allora supporre anche che :

        -    un campo elettrico variabile crea un campo magnetico variabile.

Le due ultime affermazioni (un campo magnetico variabile crea un campo elettrico variabile, un campo elettrico variabile crea un campo magnetico variabile) sono di fondamentale importanza.

Campo elettrico e campo magnetico possono così essere immaginati come diversi "aspetti" di un solo campo, il campo elettromagnetico

Il grande Maxwell nel 1873, con mirabile sintesi, propose quatto equazioni che riassumevano tutti i fenomeni elettromagnetici noti fino a lui.

Lavorando matematicamente attorno alle sue equazioni egli si "accorse" che il campo elettromagnetico si "doveva" propagare nello spazio come onde

Maxwell aveva così "scoperto" per via del tutto teorica l'esistenza delle onde elettromagnetiche e ne dedusse (sempre matematicamente) tutte le proprietà

Dimostrò che si trattava di onde costituite da oscillazioni dei vettori  (campo elettrico) e (campo magnetico) perpendicolari alla direzione di propagazione (per questo si chiamano onde trasversali) e che (le onde) dovevano viaggiare nel vuoto alla velocità di circa :

        .

Una tale velocità era già nota da tempo e corrispondeva alla velocità della luce. Si capì allora che la luce è un particolare tipo di onda elettromagnetica a cui il nostro occhio è sensibile.

Per informazioni sulle grandezze fisiche relative alle onde elettromagnetiche e per una descrizione dello spettro elettromagnetico si veda la pagina :

        ../SpettroElettr/SpettroElettr.htm .

Solo più tardi la straordinaria intuizione matematica di Maxwell fu soggetta a verifica sperimentale da parte di Hertz e così si aprì per l'umanità una nuova era, l'era delle telecomunicazioni via radio.

Ma vediamo ora come le onde elettromagnetiche possono essere comprese in linea di principio ed intuitivamente sulla base dei fenomeni elettromagnetici studiati fin qui.

Consideriamo un filo metallico rettilineo, detto antenna trasmittente, in cui in qualche modo è fatta circolare una corrente elettrica alternata , ovvero tale per cui gli elettroni si muovano "su e giù" (lungo il filo) alternativamente secondo una certa frequenza.

Graficamente :

       

Come ben sappiamo, una tale corrente crea un campo magnetico    attorno all'antenna e tale campo è esso stesso alternato (si può dire anche oscillante).

Graficamente :

        

        (le doppie frecce indicano l'oscillazione di    )

        (la circonferenza tratteggiata è una linea di forza magnetica a tutti i punti della quale è tangente il vettore )

Il campo magnetico oscillante   genererà un campo elettrico oscillante . Esso risulta perpendicolare .

Graficamente :

       

Ma un campo elettrico variabile crea un campo magnetico variabile e così via.

Graficamente :

       

Naturalmente ciò avviene in ogni punto dello spazio attorno all'antenna trasmittente.

La linea rettilinea tratteggiata rappresenta una direzione di propagazione.

Si noti che se si interrompe la circolazione della corrente oscillante nell'antenna trasmittente, l'onda elettromagnetica precedentemente prodotta continua il suo moto di propagazione.

Questo fatto è di fondamentale importanza e ci fa intuire che un'onda elettromagnetica non è solo un'astrazione matematica di meri vettori    e , ma una entità fisica "reale".

Se un'onda elettromagnetica incontra nel suo cammino un'antenna ricevente (un filo conduttore analogo ad un'antenna trasmittente) in essa il campo elettrico trasportato dall'onda genererà, facendo oscillare gli elettroni liberi (presenti nell'antenna ricevente), una corrente analoga a quella che circolava nell'antenna trasmittente

In questo modo siamo in grado di trasmettere e ricevere informazioni e ciò è alla base di tutti i sistemi di telecomunicazione radio (tv ecc.).

Fine.

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