A2C - Salerno

Secondo la fisica classica, i campi elettromagnetici si propagano nello spazio e nel tempo mediante onde dette "onde elettromagnetiche". Tali onde sono costituite da un campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari fra loro e alla direzione di propagazione dell'onda, la cui intensità oscilla costantemente fra un valore minimo ed uno massimo.

Nel vuoto si propagano alla velocità della luce e se la sorgente è puntiforme il fronte d'onda è sferico.
Tutte queste informazioni, e molte altre, le dobbiamo alle equazioni di Maxwell: è dalla loro combinazione, infatti, che trae origine l'equazione delle onde elettromagnetiche.

Da un punto punto divista matematico, si può descrivere la propagazione delle onde elettromagnetiche con la più generale "equazione delle onde", nota anche come equazione di D'Alembert.
Questa equazione descrive, generalmente, la propagazione nello spazio e nel tempo di onde a propagazione lineare e non dispersiva, come ad esempio le onde sonore e le onde elettromagnetiche.
"u" è la funzione che si propaga sottoforma di onda, "v" è la velocità con cui si propaga l'onda e "t" è il tempo.
Ovviamente si può applicare tale equazione anche ai campi elettrico e magnetico, tuttavia bisogna imporre una serie di condizioni.

Bisogna considerare di trovarsi in un materiale isolante elettrico omogeneo e perfetto, elettricamente neutro e privo di cariche libere che possano generare campi elettrici e magnetici di "disturbo".
Sotto queste condizioni si possono effettuare alcune trasformazioni alla terza e alla quarta equazione di Maxwell, in modo da poterle ricondurre all'equazione delle onde.
Infatti "E" indica il campo elettrico, "B" il campo di induzione magnetica, mentre ε e μ rappresentano, rispettivamente, la costante dielettrica e la permeabilità magnetica.
Queste che vediamo sono il caso più generale, note come "equazioni omogenee".
Risolvendo tali equazioni si ottengono delle onde dalle caratteristiche ben definite.

Uno dei casi più generali e ricorrenti è rappresentato dalle onde sinusoidali, ossia onde che si propagano con un moto periodico, oscillando costantemente fra un minimo e un massimo.
Innanzitutto esse si propagano nello spazio e nel tempo a velocità costante. Nel vuoto tale velocità diventa "c", ossia la velocità della luce.
Studiando approfonditamente questo tipo di onde, si arriva a dimostrare che campo elettrico e magnetico si propagano insieme, formando quella che è definita onda elettromagnetica.

"x" rappresenta la posizione, "t" il tempo, "E0" e "B0" rappresentano l'ampiezza dell'onda elettromagnetica, ossia l'intensità massima raggiunta dal campo elettrico e magnetico.
"Cos" indica la funzione coseno, "ω" è la velocità angolare (variazione di un angolo rispetto al tempo), "k" è il vettore d'onda, ossia un vettore che descrive direzione e verso dell'onda elettromagnetica.

Particolarmente importanti poi sono la lunghezza d'onda "λ" ,che misura la distanza fra 2 creste dell'onda, e la frequenza "ν", che misura il numero di oscillazioni al secondo dell'onda.
I due campi sono perpendicolari fra loro e anche alla direzione di propagazione dell'onda stessa. La loro intensità oscilla periodicamente, fra un minimo e un massimo.
L'onda associata al campo elettrico e quella associata al campo magnetico hanno la stessa lunghezza d'onda, frequenza, e fase.
L'energia trasportata da un'onda elettromagnetica è ripartita per metà al campo elettrico e per l'altra metà al campo di induzione magnetica.

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.