L'elettromagnetismo
Le onde elettromagnetiche e l'energia elettromagnetica
Le onde elettromagnetiche sono radiazioni del campo elettromagnetico che si propagano nello
spazio con la stessa velocità della luce, a circa 300.000km al secondo, appartenendo anch'essa
alla numerosa famiglia delle onde elettromagnetiche.
Un'onda elettromagnetica è composta da un campo elettrico E e da un campo magnetico M,
perpendicolare a E, e i due campi hanno, nel tempo, un andamento sinusoidale.
La famiglia delle onde elettromagnetiche è assai numerosa e i vari tipi di onda si differenziano
per la loro ampiezza, lunghezza e per la loro frequenza. L'ampiezza A è la differenza fra il suo
massimo valore e quello intermedio, la lunghezza L detta "lunghezza d'onda" è lo spazio fra
il punto intermedio e l'altro punto intermedio al quale arriva dopo avere toccato il minimo
valore, infine, la frequenza F corrisponde a quante volte in un secondo l'onda raggiunge il suo
massimo valore di cresta.
Schematizzazione di un'onda elettromagnetica
Le onde elettromagnetiche hanno lunghezza d'onda da oltre 10.000Km a 0,00001 Angström
(infinitamente piccola, dato che 1 Angström è eguale ad un diecimilionesimo di mm!), e
frequenze da meno di 30Hz (30 cicli al secondo) a 3x1023Hz (qui invece siamo
all'immensamente grande).
Le due caratteristiche sono inverse, quindi in un'onda tanto è più piccola la sua lunghezza
d'onda, tanto maggiore è la sua frequenza. Classificandole secondo la loro frequenza (Hz) e
lunghezza d'onda, indicata fra parentesi, abbiamo:
Fra più di 30Hz e meno di 3kHz (da meno di 10000 a più di 100km):
onde a frequenza industriale (50Hz) e acustiche per telefonia.
Loro sorgente: dispositivi elettrici ed elettronici in genere.
Fra più di 3kHz e meno di 30kHz (da meno di 100 a più di 10km):
onde VLF (very low frequency) a bassissima frequenza per riscaldamento ad induzione
e radionavigazione.
Loro sorgente: oscillatori elettronici con tubi a vuoto, transistor.
Fra più di 30kHz e meno di 300kHz (da meno di 10 a più di 1km):
onde LF (low frequency) a bassa frequenza per radio (onde lunghe).
Loro sorgente: come sopra.
Fra più di 300kHz e meno di 3MHz (da meno di 1km a più di 100m):
onde MF (medium frequency) a media frequenza per radio (onde medie).
Loro sorgente: come sopra.
Fra più di 3MHz e meno di 30MHz (da meno di 100 a più di 10m):
onde HF (high frequency) ad alta frequenza per radio (onde corte), modulazione di
frequenza.
Loro sorgenti: come sopra.
Fra più di 30MHz e meno di 300MHz (da meno di 10 a più di 1m):
onde VHF (very high frequency) ad altissima frequenza per modulazione di frequenza e
televisione.
Loro sorgenti: come sopra.
Fra più di 300MHz e meno di 300GhHz (da meno di 1m a più di 1mm):
microonde per televisione, sistemi radar, maser.
Loro sorgenti: oscillatori elettronici con tubi a vuoto o transistor o klystron, idrogeno
interstellare, magnetron, tubi ad onda viaggiante.
Fra più di 300GHz e meno di 3·1014Hz (da meno di 1mm a più di1µ):
radiazioni infrarosse per riscaldamento, laser, fotografia infrarossa.
Loro sorgenti: corpi caldi,molecole.
Fra più di 3·1014Hz e meno di 3·1015Hz (da meno a 1µ a più di 1000Å):
radiazioni visibili per occhio, analisi chimiche, fotografia, sintesi clorofilliana.
Loro sorgenti: corpi molto caldi, atomi, molecole.
Fra più di 3·1015Hz e meno di 3·1016Hz (da meno di 1000Å a più di 100Å):
radiazioni ultraviolette per analisi chimiche, fotografia ultravioletta.
Loro sorgenti: atomi nelle scariche e negli archi.
Fra più di 3·1016Hz e meno di 3·1019Hz (da meno di 100Å a più di 0,1Å):
raggi X per roentgenscopia e terapia.
Loro sorgenti: atomi nelle scariche, bombardamento elettronico di solidi, orbite interne
dell'atomo, annichilazione elettrone-positrone.
Fra più di 3·1019Hz e meno di 3·1022Hz (da meno di 0,1Å a più di 0,0001Å):
raggi gamma per terapia, gammascopia, radioisotopi.
Loro sorgenti: nuclei radioattivi.
Fra più di 3·1022Hz e meno di 3·1023Hz (da meno di 0,0001Å a più di 0,00001Å):
raggi gamma della radiazione cosmica.
Loro sorgenti: corpi celesti e materiale interstellare.
Le onde elettromagnetiche trasportano un'energia raggiante, che può convertirsi in energia
meccanica, termica o chimica, anche a distanze enormemente grandi dalla sorgente del campo
elettromagnetico.
Tutte le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto con la stessa velocità, pari a
299.792,5km al secondo.
Anche la luce, che è una delle tante onde elettromagnetiche, si propaga a questa velocità, ma
è scientificamente errato dire il contrario, ossia che le onde elettromagnetiche si propagano
alla velocità della luce.
Quasi tutte le radiazioni elettromagnetiche non possono penetrare nella nostra atmosfera;
esistono soltanto due "finestre" che permettono il passaggio di radiazioni con una determinata
lunghezza d'onda, ossia la "finestra ottica" che lascia passare la luce visibile più le radiazioni
ultraviolette e infrarosse, ed una "finestra radio" attraverso la quale passano le radioonde di
una particolare lunghezza d'onda.
Interferenza di due onde
Le radiazioni elettromagnetiche hanno un duplice
aspetto e si presentano sotto la forma ondulatoria e
corpuscolare.
Si presentano come onde perché danno luogo a
fenomeni di interferenza, ad esempio se vi sono due
sorgenti di luce, l'intensità luminosa misurata in un
dato punto non è necessariamente eguale alla somma
delle intensità provenienti dalle due sorgenti. Ma una
radiazione produce anche un effetto fotoelettrico,
infatti la luce ultravioletta incidente sulla superficie di
alcuni metalli è in grado di estrarre elettroni dagli
strati superficiali del metallo stesso, quindi consiste
anche di particelle in moto.
A conclusione dell'argomento vi diamo, nella tabella seguente, un confronto di massima fra
l'energia, la lunghezza d'onda e la frequenza delle onde elettromagnetiche.
L'energia è espressa in eV (elettron volt); 1eV è eguale a: 1,60·10-19J (Joule) oppure
4,45·10-26kWh (kilowattora) oppure 1,63·10-20kgm (kilogrammetri)
