Campi elettromagnetici - L'ABC SULL'ELETTROMAGNETISMO

Campo elettrico
si può definire campo elettrico una regione dello spazio in cui una carica elettrica (o corpo carico elettricamente) è sottoposta ad una forza proporzionale alla carica stessa. Per descrivere il campo si utilizza il vettore campo elettrico, che si indica con E e che rappresenta la forza elettrica che agisce sull’unità di carica. Nel Sistema Internazionale l’unità di misura del campo elettrico è il newton/coulomb (N/C) o il volt/m (V/m) oppure i loro multipli (per esempio kV/m). Il campo elettrico è generato da cariche elettriche o anche da un campo magnetico variabile nel tempo. Quando le cariche elettriche che generano un campo elettrico sono fisse nello spazio il campo elettrico ha un valore costante in ogni punto e si chiama campo elettrostatico.

Campo magnetico
il campo magnetico viene generato da cariche in movimento, cioè da correnti elettriche, e a sua volta agisce su correnti, ovvero cariche in movimento. Il campo magnetico può essere creato anche da un campo elettrico variabile nel tempo .
Anche i magneti permanenti (calamite) generano un campo magnetico, causato dalla presenza di correnti, dette correnti atomiche, dovute al moto degli elettroni (spin). Il campo magnetico viene rappresentato tramite un vettore B detto induzione magnetica o H detto intensità di campo magnetico.La relazione tra H e B è la seguente: H=B/µ e µ=permeabilità magnetica del mezzo considerato.

Campo elettromagnetico
un campo magnetico variabile, di frequenza f, produce nelle adiacenze un campo elettrico variabile, anch’esso alla frequenza f, il quale dà ancora luogo in prossimità ad un campo magnetico variabile … e così via. Campi magnetici ed elettrici rapidamente variabili non rimangono quindi fra loro separati: l’uno dà origine all’altro e ambedue coesistono in un’entità inscindibile che prende il nome di campo elettromagnetico. Come risultato dei processi di mutua generazione, sotto opportune condizioni, il campo elettromagnetico si propaga, cioè si allontana dalla sua sorgente, con una velocità caratteristica, che nel vuoto coincide con la velocità della luce (c»3·108 m/s), generando la così detta onda elettromagnetica.

Onda elettromagnetica
si chiamano onde elettromagnetiche i campi elettromagnetici che si propagano nello spazio, anche in assenza di materia. Le onde elettromagnetiche sono trasversali: il vettore campo elettrico E e il vettore campo magnetico H sono reciprocamente perpendicolari e giacciono su di un piano perpendicolare al vettore v, velocità di propagazione dell’onda. La relazione tra E ed H,in un’onda elettromagnetica è determinata dalle equazioni di Maxwell. Come ogni tipo di onda, un’onda elettromagnetica può trasportare energia da un punto ad un altro e può essere caratterizzata tramite la sua frequenza (o la sua lunghezza d’onda) e la sua ampiezza.

Frequenza
numero di volte che un fenomeno periodico si verifica nell’unità di tempo, ovvero numero di oscillazioni nell’unità di tempo. In genere la frequenza si misura in hertz (Hz) o, in modo equivalente, in secondi–1 (s-1), che rappresenta il numero di oscillazioni (o cicli) al secondo.

Banda di Frequenza
range continuo di frequenze che spazia tra due estremi.
Per esempio, la banda di frequenza per il GSM è solitamente ristretta
fra 875 MHz e 925 MHz.

Lunghezza d'onda
alla variazione nello spazio dell’ampiezza di un’onda che si propaga (ad esempio un campo elettromagnetico nello spazio libero, o la tensione lungo una linea bifilare), si associa il concetto di lunghezza d’onda (l). In particolare, l rappresenta la periodicità spaziale di variazione dell’onda. La lunghezza d’onda è legata alla frequenza del campo (f) tramite la velocità di propagazione del campo (c) secondo la relazione: lf=c

Ampiezza
L’ampiezza è il valore assunto istante per istante dalle componenti di un’onda; nel caso di un’onda elettromagnetica è il valore istantaneo del campo elettrico (misurato in V/m) e/o del campo magnetico (misurato in A/m).

Densità di potenza dell'onda elettromagnetica
è l’energia trasportata dall’onda in un secondo attraverso l’unità di superficie disposta perpendicolarmente alla sua direzione di propagazione ed è una misura dell’intensità dell’onda stessa. Si può facilmente dimostrare che l’energia che fluisce nell’unità di tempo (potenza) attraverso l’unità di superficie è esprimibile come l’intensità del vettore S, detto vettore di Poynting. Il vettore di Poynting è legato al campo elettrico e al campo magnetico dalla relazione S=ExH. La densità di potenza ha come dimensioni joule/(metro2×secondo) oppure watt/ metro2.

Polarizzazione di un'onda elettromagnetica
la propagazione delle onde elettromagnetiche avviene in direzione perpendicolare alla direzione del campo elettrico e del campo magnetico (che sono componenti dell’onda). Il piano individuato dalla direzione di propagazione e dal vettore campo elettrico E si dice piano di polarizzazione. Se questo piano non cambia al passare del tempo e mentre il campo si propaga, l’onda elettromagnetica è detta polarizzata linearmente. Se invece il vettore campo elettrico E (e quindi anche il vettore di campo magnetico H che è perpendicolare ad E) ruota al passare del tempo e all’avanzare dell’onda (compiendo così una rotazione completa in un periodo T) si dice che l’onda ha una polarizzazione ellittica; se, poi, in particolare, il vettore campo elettrico e il vettore campo magnetico ruotano mantenendo un’ampiezza costante, si parla di polarizzazione circolare.

Radiazioni ionizzanti (IR)
si dicono ionizzanti quelle radiazioni che sono in grado di strappare, tramite un’interazione diretta tra fotone ed elettrone, un elettrone da orbite atomiche o molecolari. Nel caso di radiazioni elettromagnetiche, si dicono ionizzanti quelle che hanno un’energia associata al fotone superiore all’energia di legame dell’elettrone al proprio atomo o molecola. Per questa energia si considera un valore di soglia di circa 13 eV, che è l’energia di legame dell’elettrone all’atomo di idrogeno. Le radiazioni ionizzanti hanno una frequenza superiore ai 3000 THz. Esempi di radiazioni ionizzanti sono i raggi X e i raggi gamma.

Radiazioni non ionizzanti (IR)
vengono considerate radiazioni non ionizzanti (N.I.R., Non Ionizing Radiation) quelle radiazioni elettromagnetiche caratterizzate da fotoni aventi energia inferiore a circa 13 eV , o, meglio, che non hanno energia tale da strappare elettroni dalle orbite di atomi o molecole. Le radiazioni non ionizzanti hanno una frequenza compresa fra i pochi hertz (Frequenze estremamente basse, E.L.F.) e i 300 THz (radiazioni ultraviolette).

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