Campo elettromagnetico
Che cos'è il campo elettromagnetico?
Un campo elettromagnetico è una grandezza fisica che caratterizza una regione dello spazio determinata dalla continua generazione reciproca tra un campo elettrico e un campo magnetico.
Un campo elettromagnetico è generato da cariche sottoposte ad accelerazione quindi ad esempio cariche che si muovono su traiettorie circolari oppure cariche che vengono bruscamente frenate.
Il campo elettromagnetico si propaga sotto forma di onda anche nel vuoto alla velocità della luce c = 3∙108 m/s con una lunghezza d'onda λ (distanza tra due massimi) ed una frequenza f (numero di oscillazioni complete effettuate in 1 s) legate tra di loro dalla relazione
c = λ ∙ f
Campo elettrico e campo magnetico sono sempre perpendicolari tra di loro e variabili entrambi con la stessa legge del moto armonico e la direzione di propagazione dell'onda elettromagnetica è perpendicolare alla direzione di oscillazione sia del campo elettrico sia del campo magnetico. L'onda elettromagnetica è dunque un'onda di tipo trasversale.
Il verso di propagazione dell'onda è il risultato del prodotto vettoriale tra i vettori campo elettrico e campo magnetico.
Il campo elettrico e quello magnetico oscillano in fase; questo vuol dire che quando uno dei due è nullo anche l'altro sarà nullo mentre quando uno è massimo anche l'altro sarà massimo. I due campi infatti si inducono uno con l'altro come previsto dalle equazioni di Maxwell.
In particolare i moduli dei due campi sono legati dalla relazione:
E = c ∙ B
con c velocità della luce nel vuoto. Tale velocità è dedotta direttamente dalle equazioni di Maxwell e vale:
con ε0 costante dielettrica nel vuoto 8,85 ∙ 10-12 C2/(N∙m2) e µ0 permeabilità magnetica nel vuoto pari a 4∙π∙10-7 N/A2.
La velocità di propagazione di un'onda in un mezzo materiale è invece pari al rapporto tra la velocità dell'onda nel vuoto c e l'indice di rifrazione del mezzo materiale cioè un numero puro associato ad ogni materiale.
Ricapitolando le caratteristiche di un'onda elettromagnetica sono:
- Si possono propagare nel vuoto
- Sono onde trasversali
- Campo elettrico e magnetico sono perpendicolari tra di loro
- Il verso di propagazione dell'onda è il risultato del prodotto vettoriale
- Campo elettrico e magnetico oscillano in fase
Le frequenze delle onde elettromagnetiche possono coprire un vastissimo intervallo di valori definito come spettro elettromagnetico. Per semplificare i riferimenti e la terminologia l'intero spettro è stato suddiviso in regioni che assumono denominazioni diverse in base alla frequenza ed alla lunghezza d'onda. L'energia di un'onda elettromagnetica è proporzionale alla sua frequenza.
Le equazioni che descrivono l'oscillazione del campo elettrico lungo l'asse x e del campo magnetico lungo l'asse y di un'onda elettromagnetica piana sinusoidale che si propaga lungo l'asse z sono:
Ex = E0 ∙ sin(k∙z – ωt)
Bv = B0 ∙ sin(k∙z – ωt)
E0 e B0 sono rispettivamente le ampiezze del campo elettrico e magnetico e per un'onda piana sono costanti. Per altri tipi di onde come quelle sferiche non sono più costanti ma diminuiscono all'aumentare della distanza percorsa dall'onda rispetto al suo luogo di generazione.
K si dice numero d'onda ed è pari a:
Unità di misura in rad/m.
ω è la pulsazione dell'onda ed è pari a:
ω = 2 · π · f
Unità di misura rad/s.
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