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Onde elettromagnetiche

Tempo fa, spinto dalla disinformazione sul tema, scrissi un articolo sulle onde elettromagnetiche che in tutta onestà dal punto di vista dei contenuti non era granchè, anzi direi piuttosto superficiale. Tuttavia riscosse un discreto successo, anche da parte di esperti del settore (tra i tanti mi scrisse uno studente di fisica per ringraziarmi), forse perchè affrontava in maniera semplice temi ritenuti da molti ostici.

Lo ripropongo, sperando di fare piacere a qualcuno.

Prima che procediate con la lettura, desidero scusarmi con gli specialisti ed i professionisti che conoscono già la materia.
La terminologia che utilizzerò per illustrare i concetti che seguono non sarà sempre rigorosa. Tuttavia, essendo lo scopo di questo sito quello di spiegare con parole semplici ed alla portata di tutti concetti tutt'altro che banali, ritengo che il fine possa giustificare i mezzi e che quindi possiate perdonarmi se il rigore e la precisione scientifica non sono come un'argomentazione di questo tipo richiederebbe.

1- Il campo elettrico


Per capire cos'è un campo elettrico partiamo dall'esperimento che tutti, da bambini o da adulti, abbiamo sicuramente fatto. Si prende un pezzo di plastica (ad esempio una penna) e lo si strofina su della lana (ad esempio un maglione) per qualche secondo. Avvicinando la penna ad alcuni pezzetti di carta questi verranno attratti già quando sono a 4-5 centimetri di distanza dalla penna. E' come se attorno alla plastica che è stata strofinata si fosse creata una "zona" per cui se un qualsiasi pezzetto di carta entra in questa zona viene attratto. Questa zona prende il nome di Campo Elettrostatico o semplicemente campo elettrico.

2- Il campo magnetico

Per introdurre il concetto di campo magnetico facciamo anche in questo caso un esperimento simile al precedente utilizzando però una calamita al posto della penna ed alcuni trucioli di ferro al posto dei pezzetti di carta. Stavolta la calamita non ha bisogno di essere strofinata per attirare i pezzetti di ferro. Analogamente al primo esperimento, i trucioli di ferro sono attratti dalla calamita quando entrano in una "zona" che sta attorno alla calamita. Questa "zona" è tanto più ampia quanto più la calamita è potente e prende il nome di Campo Magnetico.

3- Quali le diversità tra i due fenomeni ?

Benchè apparentemente simili, i due esperimenti presentano delle diversità sostanziali.
Innanzi tutto la penna strofinata sulla lana, benchè attiri i pezzetti di carta non attira di certo i trucioli di ferro. Viceversa la calamita attira i trucioli di ferro ma non la carta.
Ma l'elemento che distingue maggiormente il fenomeno elettrostatico da quello magnetico è l'impossibilità per quest'ultimo di creare il cosiddetto monopolo magnetico. Cioè mentre è possibile avere un materiale carico elettrostaticamente con segno positivo o con segno negativo, il magnete esiste sempre con entrambe le polarità.
Per provarlo provate a prendere una calamita, constatate che da un lato vi è presente il polo N e dall'altro vi è il polo S. Se ora provate a spezzare la calamita per dividere il polo N da quello S non ci riuscite in quanto otterrete due calamite più piccole, ciascuna con i poli N ed S.
Si veda per chiarezza la figura seguente. 


 

 

 4- Le onde elettromagnetiche

Il legame tra campo elettrico e campo magnetico è frutto di scoperte scientifiche fatte durante il 1800.
Le ricerche hanno portato a constatare che tra campo elettrico e campo magnetico vi è un profondo legame:
Un campo elettrico variabile genera un campo magnetico e viceversa.
Cosa significa questo ? Al solito facciamo un esempio considerando un esperimento.
Al posto della penna dell'esperimento precedente, caricata strofinandola con un panno di lana, prendiamo stavolta un disco di plastica che fissiamo con un perno centrale così che possa ruotare.
Ora strofiniamo il disco con il solito panno di lana, così da caricarlo come per la penna.
Il disco carico genera un campo elettrico, come abbiamo visto in precedenza. Adesso però facciamo ruotare il disco in modo da mettere in movimento le cariche che generano il campo elettrico e produrre quindi un campo elettrico variabile.
Avvicinando al disco in rotazione l'ago di una bussola, quest'ultimo tenderà ad orientarsi verso il disco.
Questa è la prova che il campo elettrico variabile che abbiamo creato ha generato un campo magnetico il quale è rilevabile tramite l'ago di una bussola.

Per provare il viceversa, cioè che un campo magnetico variabile genera un campo elettrico, andiamo a descrivere un apparecchio che tutti, più o meno frequentemente, abbiamo utilizzato: la dinamo della bicicletta.
La dinamo è composta essenzialmente da un magnete che può ruotare all'interno di un avvolgimento di filo di rame. La rotazione del magnete produce un campo magnetico variabile il quale genera un campo elettrico. Vi ricordate cosa fa il campo elettrico ? Attira le cariche elettriche che, nel caso specifico, sono gli elettroni presenti nel rame. Questi muovendosi generano una corrente elettrica che fa accendere la lampadina collegata alla dinamo.
Quindi un campo magnetico variabile genera un campo elettrico che nel caso particolare della dinamo viene utilizzato per muovere gli elettroni e generare quindi una corrente elettrica.

Fu un tale di nome Maxwell che riuscì a descrivere matematicamente questi fenomeni e a sciogliere così ogni dubbio sulle leggi fisiche che regolano i campi elettrici e magnetici.
La deduzione più brillante di queste ricerche, che è oggi alla base delle moderne telecomunicazioni cellulari è che un campo elettrico variabile genera (si dice anche "induce") un campo magnetico variabile il quale a sua volta induce un campo elettrico variabile che induce un campo magnetico variabile e così via ... il risultato è un'onda, detta onda elettromagnetica, che si propaga nello spazio ed è composta da un campo elettrico e da un campo magnetico. 
 

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