Radiazione elettromagnetica
left|WikiLettera
Questo articolo è solo un abbozzo (stub). Se puoi contribuisci adesso a migliorarlo secondo le convenzioni di Wikipedia.
Per l'elenco completo degli stub del progetto fisica, vedi la relativa categoria
| Fisica | |
|
MilliBar | |
|
Progetto Fisica | |
| Glossario Fisico | |
|
Calendario degli eventi | |
|
Immagini | |
|
Portale Fisica | |
La radiazione elettromagnetica è, dal punto di vista dell'elettromagnetismo classico, un fenomeno ondulatorio dovuto alla contemporanea propagazione di perturbazioni periodiche di un campo elettrico e di un campo magnetico, oscillanti in piani tra di loro ortogonali.
| Indice |
Caratteristiche generali
Propagazione nel vuoto
Al meglio dell'attuale conoscenza fisica nel vuoto la direzione di propagazione della radiazione elettromagnetica è perpendicolare al piano identificato dalle direzioni delle due oscillazioni dei campi e la velocità di propagazione è costante, ed indipendente dalla velocità della sorgente, dalla direzione di propagazione, e dalla velocità dell'osservatore: essa infatti dipende soltanto dalla costante dielettrica e dalla permeabilità magnetica, che sono caratteristiche intrinseche del mezzo (vuoto).
Tale velocità, che grazie alle proprietà suesposte risulta una costante fondamentale, prende il nome di velocità della luce, la quale è appunto l'esempio più accessibile all'esperienza quotidiana di onda elettromagnetica. La velocità della luce nel vuoto si indica in genere con la lettera c ed il suo valore numerico in unità del sistema internazionale risulta di circa 300000 km al secondo.
Propagazione nei mezzi materiali
Nei mezzi materiali e nelle guide d'onda la propagazione della radiazione elettromagnetica diviene un fenomeno più complesso. Innanzitutto la sua velocità è diversa rispetto a quella nel vuoto secondo un fattore che dipende dalle proprietà del mezzo o della guida d'onda. Può dipendere inoltre dalla frequenza della radiazione, secondo una relazione di dispersione. Restano definite due velocità, dette velocità di gruppo e velocità di fase.
Contesto teorico ed evidenze sperimentali
Le onde elettromagnetiche furono predette teoricamente prima di essere osservate (o meglio, prima di essere riconosciute come tali tramite una osservazione). Le equazioni di Maxwell, che riassumono l'elettromagnetismo classico, ammettono una soluzione ondulatoria propagantesi nel vuoto alla velocità della luce. Furono le esperienze di Hertz a confermare l'esistenza delle cosiddette onde hertziane ed a misurarne la velocità. L'esperienza di Michelson provò invece l'indipendenza della velocità della luce dalla direzione di propagazione (anche se non rigorosamente nel vuoto, ma in aria) e, combinata ad altre esperienze che attualmente si considerano sufficienti a falsificare le cosiddette teorie balistiche della luce, viene oggi considerata l'esperienza cruciale che mise in crisi la meccanica classica richiedendo la formulazione della relatività ristretta che unificò elettromagnetismo e meccanica. È sulla base di tale teoria (che si ritiene una delle teorie meglio controllate empiricamente) che possiamo enunciare le proprietà della luce nel vuoto così come sono esposte in apertura dell'articolo.
La derivazione dalle equazioni di Maxwell
Quantità di moto ed energia di un'onda
Polarizzazione
Misure della velocità della luce nel vuoto
Esperimento di Hertz
Esperimento di Michelson e Morley
Natura quantistica della radiazione elettromagnetica
Gli studi sull'effetto fotoelettrico, tra i quali spicca il contributo del 1905 di Albert Einstein (che gli valse il premio Nobel) evidenziarono l'esistenza di una frequenza di soglia sotto la quale tale effetto non ha luogo, indipendentemente dall'intensità della radiazione incidente. Esperienze correlate, quali la misura dello spettro di corpo nero, ed i relativi tentativi di giustificazione teorica, indussero i fisici dell'inizio del secolo scorso a riaprire il secolare dibattito sulla natura della luce su cui le equazioni di Maxwell sembravano l'ultima parola, introducendo la nozione di quanto di energia. Il quanto di radiazione elettromagnetica prende il nome di fotone ed è una particella (nel senso della meccanica quantistica) che segue la statistica di Bose- Einstein, ovvero un bosone.
Applicazioni tecnologiche
La radio e la televisione, i telefoni cellulari e il radar, il forno a microonde e le radiografie: gli utilizzi tecnologici della radiazione elettromagnetica sono così diffusi che non vi facciamo nemmeno più caso.
Effetti biologici delle radiazioni
Gli effetti della radiazione elettromagnetica sugli esseri viventi dipendono principalmente da due fattori: la frequenza della radiazione e le modalità di esposizione (intensità della radiazione, durata dell'esposizione, parti del corpo esposte...). Per quanto riguarda la frequenza della radiazione si usa distinguere tra radiazioni ionizzanti e radiazioni non ionizzanti.
Radiazioni ionizzanti
Per radiazioni ionizzanti si intendono le radiazioni elettromagnetiche di frequenza sufficientemente alta da essere in grado di ionizzare gli atomi della sostanza esposta. Tali radiazioni sono quindi capaci di modificare la struttura chimica delle sostanze su cui incidono e possono produrre effetti biologici a lungo termine sui viventi interagendo con il DNA delle cellule.
Radiazioni non ionizzanti
Si designano come non ionizzanti quelle radiazioni di frequenza non sufficiente a provocare gli effetti suesposti. Un esempio di radiazioni non ionizzanti sono le onde radio. Si ritiene comunemente (ma vedi la voce elettrosmog) che le radiazioni non ionizzanti possano avere effetti sui viventi solo per i loro effetti termici, non possedendo quindi il potenziale mutageno e cancerogeno delle radiazioni ionizzanti.
Voci correlate
Radiazione elettromagnetica