Capitolo 28: Onde elettromagnetiche

Propagazione dell’energia nello spazio attraverso campi elettrici e magnetici oscillanti.

Descrizione

Questo capitolo introduce le onde elettromagnetiche come soluzioni delle equazioni di Maxwell. Si descrive la natura trasversale delle onde, la propagazione nel vuoto e nei mezzi materiali, e lo spettro elettromagnetico nelle sue varie frequenze. Si evidenziano le applicazioni nella comunicazione, medicina e tecnologia.

Contenuti principali

Definizione di onda elettromagnetica
Campo elettrico e campo magnetico oscillanti e perpendicolari
Velocità della luce nel vuoto: c = 3×10⁸ m/s
Spettro elettromagnetico: onde radio, microonde, IR, visibile, UV, raggi X e gamma
Produzione e ricezione di onde EM
Onde elettromagnetiche e informazione: fibra ottica, radio, radar
Effetti biologici e applicazioni mediche

Esercizi

Calcola la lunghezza d’onda di un’onda radio di frequenza 100 MHz nel vuoto.
Ordina le onde elettromagnetiche per energia crescente e indica un’applicazione per ciascuna.
Spiega perché le onde luminose non hanno bisogno di un mezzo per propagarsi.

Attività laboratoriale

Esperimento con sorgenti luminose, filtri e prismi per analizzare lo spettro visibile. Utilizzo di un telecomando a infrarossi per mostrare la presenza di onde non visibili con una videocamera. Discussione sugli effetti dei raggi UV e sull’uso delle microonde nei dispositivi quotidiani.

Risorse digitali

Ecco le quattro equazioni di Maxwell nel vuoto, scritte in forma differenziale:

Legge di Gauss per l'elettricità:
$\nabla \cdot E = \frac{ρ}{ϵ_{0}}$
Legge di Gauss per il magnetismo:
$\nabla \cdot B = 0$
Legge di Faraday per l'induzione elettromagnetica:
$\nabla \times E = - \frac{\partial B}{\partial t}$
Legge di Ampère-Maxwell:
$\nabla \times B = μ_{0} J + μ_{0} ϵ_{0} \frac{\partial E}{\partial t}$

Queste equazioni descrivono come i campi elettrici e magnetici si generano e si influenzano a vicenda, nonché la loro relazione con le cariche e le correnti elettriche.