Alcune
grandezze coinvolte
Nel testo principale abbiamo già
fornito una descrizione sommaria del campo elettromagnetico. In
questo box definiamo, con un dettaglio appena maggiore, alcuni
concetti base dell'elettromagnetismo, elencando anche alcune delle
grandezze fisiche più importanti.
CARATTERISTICHE FISICHE DI UNA
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
Un campo elettromagnetico, è
caratterizzato dalla presenza contemporanea di un campo elettrico e
di un campo magnetico, variabili nel tempo e mutuamente
dipendenti.
Per radiazione elettromagnetica si
intende la propagazione nello spazio dell'energia associata a tali
campi elettrici e magnetici, generati da cariche e correnti
oscillanti.
Tre principali grandezze fisiche,
correlate tra loro, caratterizzano tali radiazioni:
-
la lunghezza d'onda, ovvero
la distanza tra punti ripetitivi di una forma d'onda. Nel caso di
onde sinusoidali rappresenta la distanza fra i due punti di "picco"
dell'onda. La sua unità di misura è il metro;
-
frequenza (f), ovvero il
numero di cicli completi dell'onda in un secondo. La sua unità di
misura è l'Hertz;
-
energia (E), trasportata
dall'onda, la cui unità di misura è, per il Sistema Internazionale
(SI), il Joule.
Frequenza f, e lunghezza d'onda l sono sempre legate dalla
relazione f x l = c, dove "c" è la velocità di propagazione delle
onde (c = 300.000 km al secondo nell'aria, ovvero la velocità della
luce). Quando la propagazione avviene in un mezzo materiale, la
velocità di propagazione "c" dipenderà dalle proprietà del mezzo
attraversato.
Le frequenze di 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, con denominazioni
diverse in base alla frequenza e/o alla lunghezza d'onda,
all'energia associata e all'utilizzo.
RADIAZIONI IONIZZANTI E NON IONIZZANTI
Le radiazioni elettromagnetiche sono suddivise in due principali
gruppi:
-
Radiazioni ionizzanti, che
comprendono raggi X, raggi gamma e una parte dei raggi
ultravioletti. Sono così dette in quanto la loro energia associata
è sufficiente a "strappare" elettroni dalle cellule e creare atomi
o molecole elettricamente cariche (ioni).
-
Radiazioni non ionizzanti
(Nir), che non hanno un'energia tale da indurre nella materia
il fenomeno della ionizzazione. L'interazione con le Nir, quindi,
non provoca un danno direttamente sulla cellula, ma realizza
modificazioni termiche, meccaniche e bioelettriche. A questo punto
è possibile fare una suddivisione dello spettro elettromagnetico
nelle diverse regioni che lo compongono.
Onde a radiofrequenza: hanno frequenza compresa tra
alcuni Hz e 10 GHz e sono impiegate principalmente per trasmissioni
radio-televisive.
Microonde: comprendono onde di lunghezza d'onda compresa tra 0.3 m
e 10-3 m e sono utilizzate per comunicazioni radar, via satellite,
ponti radio.
Infrarosso: cioè lunghezze d'onda che vanno da 10-3 m a 7.8 x 10-7
m. Le applicazioni riguardano l'astronomia, la medicina e piccole
apparecchiature d'uso domestico (ad esempio telecomandi).
Luce: comprende l'intervallo delle lunghezze d'onda che
possono essere percepite dall'occhio umano e si estende da 7.8 x
10-7 m a 3.8 x 10-7 m. Al variare della lunghezza d'onda
all'interno dello spettro del visibile, varia il modo con cui
queste vengono avvertite dall'occhio: questo fenomeno origina i
diversi colori, quali violetto, blu, verde, giallo, arancio,
rosso.
Raggi ultravioletti: questi raggi coprono l'intervallo
delle lunghezze d'onda comprese tra 3.8 x 10-7 m a circa 6 x 10-10
m e sono generati principalmente dal Sole.
Raggi X: utilizzati soprattutto nella medicina, hanno lunghezze
d'onda che vanno da 10-9 m a 6 x 10-12 m.
Raggi gamma: prodotti dalle sostanze radioattive e dalle
radiazioni nucleari, possono essere letali per gli organismi
viventi. Coprono l'intervallo delle lunghezze d'onda comprese tra
10-10 m a 10-14 m.
GRANDEZZE ED UNITÀ DI MISURA
Le principali grandezze fisiche coinvolte nella misura dei campi
elettromagnetici sono:
-
l'intensità del campo elettrico
E: la forza per unità di carica esercitata su una carica
elettrica puntiforme. Unità di misura nel sistema SI (Sistema
internazionale) è il Volt per metro (V/m);
-
l'intensità del campo magnetico
H: è la forza esercitata su un polo magnetico unitario, ovvero
su un elemento unitario di corrente elettrica. Unità di misura, nel
sistema internazionale è l'Ampère per metro (A/m); per campi
magnetici generati da correnti che passano attraverso un conduttore
si usa invece un'altra grandezza, l'induzione magnetica (B),
misurata in Tesla (T), data dal prodotto dell'intensità di campo
magnetico H per la permeabilità magnetica del mezzo (m) che
indica
la predisposizione di un mezzo a lasciarsi attraversare da campi
magnetici.
-
la densità di potenza S
(densità di flusso di energia): per definizione la potenza radiante
incidente su una superficie, divisa per l'area della superficie
stessa. La sua unità di misura nel SI è il Watt per metro quadrato
(W/m2). Le relazioni matematiche che intercorrono fra il campo
elettrico e quello magnetico di un'onda elettromagnetica e le
cariche e le correnti che li generano, sono descritte dalle
equazioni di Maxwell, lo scienziato scozzese vissuto nella seconda
metà dell'Ottocento (nella foto), al quale si deve la definizione
della teoria
dell'elettromagnetismo. |
