Proprietà delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche sono una combinazione di campi elettrici e campi magnetici variabili, che si propagano nello spazio con le caratteristiche del moto ondulatorio.

A seguito della scoperta dell'induzione elettromagnetica da parte di H.C. Oersted e M. Faraday - secondo cui un filo percorso da corrente induce un campo magnetico e un magnete in movimento in un solenoide (dispositivo formato da un conduttore avvolto a spirale attorno a un isolante) induce una corrente elettrica - il fisico inglese J.C. Maxwell formulò la teoria del campo elettromagnetico in base alla quale, anche in assenza di conduttori, un campo elettrico variabile induce un campo magnetico e, viceversa, un campo magnetico variabile induce un campo elettrico. La variazione del flusso di uno dei due campi genera linee di forza dell'altro e in entrambi i casi queste linee di forza sono chiuse e perpendicolari a quelle dell'altro campo. Queste scoperte indussero Maxwell a stabilire che il campo elettromagnetico si propaga nello spazio sotto forma di onde, le onde elettromagnetiche, il cui comportamento è regolato da un sistema di equazioni che portano il suo nome: le equazioni di Maxwell .

Le sue ipotesi furono confermate dieci anni dopo la sua morte, nel 1889, dal fisico tedesco H. Hertz (1857-1894), che ideò un dispositivo per produrre e rilevare le onde elettromagnetiche . Da Hertz deriva il termine di onde hertziane, con cui vengono spesso indicate le onde elettromagnetiche.

Poiché il campo elettrico e il campo magnetico oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda (v. fig. 22.1), le onde elettromagnetiche sono onde trasversali.

Inoltre, a differenza delle onde meccaniche (prodotte, per esempio, da una corda vibrante), le onde elettromagnetiche non hanno bisogno di un mezzo materiale nel quale propagarsi: i campi elettrico e magnetico si generano infatti per mutua induzione anche nel vuoto.

Velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche

Sulla base di calcoli teorici, Maxwell concluse anche che la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto fosse di circa 300.000 km/s, pari cioè alla velocità della luce nel vuoto (valore già noto a quei tempi); questa circostanza lo indusse a pensare che la luce fosse un particolare tipo di onda elettromagnetica. gi sappiamo che l'intuizione di Maxwell era esatta e che le onde elettromagnetiche, oltre a quelle luminose, comprendono un'ampia gamma di tipi di onde che differiscono tra loro per la lunghezza d'onda o, ciò che è lo stesso, per la frequenza , dove e sono legate dalla relazione:

uguale a quella che vale per tutte le onde in generale, dove v è la velocità di propagazione. La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche dipende dal mezzo nel quale si propagano: nel vuoto vale 2,9979^.10⁸ m/s, mentre nell'aria diminuisce dell'1% circa e nel vetro si riduce a circa 1^.10⁸ m/s.

Come gli altri tipi di onde, anche quelle elettromagnetiche sono soggette ai fenomeni tipici, come la riflessione, la rifrazione, la diffrazione e l'interferenza, e non comportano trasporto di materia ma di energia: si tratta di energia elettromagnetica o radiante, che viene trasportata in quantità proporzionale alla frequenza dell'onda elettromagnetica.

Quando un'onda elettromagnetica incontra un mezzo materiale, la sua energia può essere assorbita dal mezzo o può venire trasmessa. L'interazione delle onde elettromagnetiche con la materia dipende sensibilmente dalla loro frequenza.