Onde elettromagnetiche: cosa sono, come funzionano, spiegato in modo facile


Le onde elettromagnetiche sono una parte cruciale della nostra comprensione del mondo fisico attorno a noi. Da come ci permettono di comunicare con gli altri a come possiamo vedere e trattare le malattie, queste onde ci circondano in molteplici modi e cooperano con gli strumenti tecnologici di cui disponiamo anche nella vita di ogni giorno, dalla wireless di casa ai cellulari. La prossima volta che farai il tuo telefono cellulare o accendi una lampadina, ricorda che stai interagendo con il vasto mondo delle onde elettromagnetiche!

Le onde elettromagnetiche svolgono un ruolo fondamentale nella nostra vita quotidiana, nei seguenti campi:

  • Comunicazione: Le onde radio e le microonde ci permettono di trasmettere segnali attraverso radio, televisione e dispositivi wireless come telefoni cellulari e Wi-Fi.
  • Illuminazione: La luce visibile è un tipo di onda elettromagnetica che ci permette di vedere il mondo intorno a noi.
  • Imaging medico: Le onde elettromagnetiche, come i raggi X e le onde magnetiche, vengono utilizzate nella diagnostica medica, consentendo ai medici di visualizzare all’interno del corpo umano.
  • Trattamenti medici: Le radiazioni ionizzanti, come i raggi gamma, possono essere utilizzate per trattare il cancro.

Come capire meglio di cosa si tratta, quindi? Le onde elettromagnetiche sono una parte affascinante e fondamentale della nostra realtà. Sebbene possano sembrare complesse a prima vista, con un po’ di chiarezza possiamo capire come funzionano e come influenzano la nostra vita quotidiana.

Cos’è un’onda elettromagnetica?

Immagina di gettare un sasso in uno specchio d’acqua tranquilla. Questo crea onde che si propagano dalla posizione in cui è caduto il sasso. In modo simile, le onde elettromagnetiche sono “distorzioni” nell’ambito dello spazio e del tempo che si propagano nell’aria e nel vuoto.

Equazione onde elettromagnetiche

L’equazione delle onde elettromagnetiche è come una formula matematica che ci aiuta a capire come si muovono le onde elettromagnetiche attraverso lo spazio. Abbiamo visto che se tiri un sasso nell’acqua si producono delle onde che si propagano dalla posizione in cui hai lanciato il sasso. Queste onde si allontanano dal punto di partenza e si muovono in forma continua.

L’equazione delle onde elettromagnetiche è analoga, ma invece di onde nell’acqua stiamo parlando di onde fatte di campi elettrici e magnetici che si muovono nell’aria o nello spazio. Queste onde sono quello che noi chiamiamo onde radio, luce, microonde e così via.

L’equazione ci dice come i campi elettrici e magnetici cambiano nel tempo e nello spazio mentre si spostano avanti. Ciò che è davvero interessante è che queste onde possono attraversare il vuoto, come la luce del sole che arriva sulla Terra senza bisogno di un mezzo come l’acqua. Quindi, in poche parole, l’equazione delle onde elettromagnetiche è come una “ricetta matematica” che ci aiuta a capire come si diffondono queste onde speciali fatte di campi elettrici e magnetici attraverso lo spazio.

Approfondimento

L’equazione delle onde elettromagnetiche può essere scritta come:

dove:

  • E rappresenta il campo elettrico dell’onda.
  • x è la coordinata spaziale lungo la direzione in cui si propaga l’onda.
  • t è il tempo.
  • μ è la permeabilità del mezzo attraverso cui si propaga l’onda.
  • ε è la costante dielettrica del mezzo.

Questa equazione ci dice come il campo elettrico E cambia nel tempo e nello spazio mentre l’onda elettromagnetica si propaga, o – se preferite – ci mostra come il campo elettrico risponde all’ambiente circostante e come si muove attraverso lo spazio. La spiegazione è ovviamente molto semplificata e richiederebbe un approfondimento matematico che, per semplicità, eviteremo di fare.

La Danza tra Elettroni e Campi Elettromagnetici

Per comprendere le onde elettromagnetiche, dobbiamo prima dare uno sguardo a ciò che le genera: i campi elettromagnetici. Questi campi sono creati da cariche elettriche in movimento, come gli elettroni. Quando gli elettroni si muovono, generano un campo elettrico. Se questi elettroni accelerano o oscillano, il campo elettrico cambia nel tempo. Ora, ogni campo elettrico genera automaticamente un campo magnetico, e ogni campo magnetico genera un campo elettrico. Questi campi si alimentano a vicenda e si propagano nello spazio, creando un’onda elettromagnetica.

Caratteristiche delle Onde Elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate da alcune proprietà chiave:

  1. Frequenza: Questa è la quantità di cicli completi che l’onda compie in un secondo. Le onde con frequenze più alte hanno più cicli in un dato intervallo di tempo. Le frequenze più basse corrispondono a onde più lunghe, come le onde radio, mentre le frequenze più alte corrispondono a onde più corte, come i raggi gamma.
  2. Lunghezza d’onda: È la distanza tra due punti corrispondenti su due cicli successivi dell’onda. Le onde con lunghezze d’onda più corte hanno frequenze più alte e viceversa.
  3. Velocità: Le onde elettromagnetiche viaggiano alla velocità della luce, che è circa 299,792 chilometri al secondo (nel vuoto).

Lo Spettro Elettromagnetico

Le onde elettromagnetiche si presentano in un’ampia gamma di frequenze e lunghezze d’onda, che insieme formano lo spettro elettromagnetico. Da onde radio a microonde, da luce visibile a raggi X e raggi gamma, ciascuna parte dello spettro ha diverse applicazioni e interazioni con il nostro mondo.

Immagine di copertina: Di Roger McLassus, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=513043

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