Le onde elettromagnetiche
cosa sono le onde elettromagnetiche?
La teoria dell’esistenza delle onde elettromagnetiche si formulò attorno al 1870 con il fisico e
matematico scozzese James Clerk Maxwell. Attraverso la formulazione di un sistema di
equazioni differenziali che descrivono il comportamento dei campi elettrici e magnetici (in
particolare la legge di Faraday-Neumann-Lenz e di Ampère-Maxwell)
Γ𝑠 𝐸( ) = − 𝑑ϕ β( )
𝑑𝑡
Γ𝑠β( ) = µ0 𝑖𝑡𝑜𝑡 + ε0𝑑ϕ 𝐸( )
𝑑𝑡
⎡⎢⎣⎤⎥⎦
Maxwell trovò che l'interdipendenza dei due campi fosse dimostrata dal fatto che la
variazione di un campo magnetico genera un campo elettrico e viceversa. Nacque dunque il
concetto di campo elettromagnetico e delle onde elettromagnetiche. Maxwell analizzò le
sue equazioni e scoprì che la velocità di propagazione di queste onde era uguale alla
velocità 𝑐 (3 · 108 m/s) della luce nel vuoto ricavata tramite la seguente formula:
𝑐 = 1
ε0 µ0
→ indice di rifrazione
𝑛 = ε𝑟µ𝑟
La velocità della luce, inoltre, corrisponde al rapporto tra i moduli del campo elettrico e
magnetico.
𝐸 = 𝑐𝐵
Questo suggerì che la luce stessa fosse un'onda elettromagnetica. Con questa ipotesi si
diede il via ad una serie di domande che mettevano in discussione la natura della luce
stessa. Il dibattito attorno alla questione segnò una svolta epistemologica nella fisica:
iniziava a sostituirsi al modello corpuscolare della luce proposto da Isaac Newton nel XVII
secolo un’ipotesi ondulatoria della luce, supportata dalle leggi matematiche e coerenti di
Maxwell e successivamente confermata sperimentalmente da Heinrich Hertz nel 1887.
Le onde elettromagnetiche si classificano come onde trasversali, in quanto sono il risultato
delle oscillazioni di campo elettrico e magnetico. Questi campi tra loro sono in fase (si
annullano negli stessi istanti di tempo), perpendicolari tra loro e alla direzione di
propagazione dell’onda. Le oscillazioni dei campi sono a loro volta generate da cariche
elettriche accelerate (o oscillanti).
Le onde elettromagnetiche sono in grado, a differenza di quelle meccaniche, di propagarsi
anche nel vuoto. Sono caratterizzate da grandezze fondamentali come la lunghezza d’onda,
la frequenza e l’ampiezza. L’equazione fondamentale che le descrive è:
