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Un'onda elettromagnetica monocromatica (cioè con una ben definita frequenza e lunghezza d'onda) è costituita da un campo elettrico (denotato di solito dalla lettera E) e un campo magnetico (denotato dalla lettera B) mutuamente perpendicolari che oscillano in fase fra loro perpendicolarmente alla direzione di propagazione.

Quindi un'onda elettromagnetica consiste in realtà di due componenti accoppiate: una elettrica e una magnetica. Un'onda di questo tipo è detta onda polarizzata piana, e il piano di polarizzazione è il piano in cui oscilla il campo elettrico.

In termini energetici, si può pensare l'onda elettromagnetica come un flusso di energia, che nel vuoto si propaga alla velocità della luce, sotto forma di campi elettrici e magnetici.

Ciascuna delle due componenti dell'onda elettromagnetica, elettrica e magnetica, trasporta la stessa quantità di energia.

Caratteristiche delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche si propagano in linea retta (in mezzi omogenei).

Vediamo ora in maggior dettaglio la velocità delle onde elettromagnetiche, la lunghezza d'onda, la frequenza, l'ampiezza e l'intensità.

Velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto

La velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto è una quantità molto importante in fisica ed essa è denotata con un simbolo speciale: c , il cui valore numerico è appunto pari a circa 300 000 km/s, cioè 3 · 108 m/s, in notazione scientifica. Per essere proprio precisi, la velocità della luce è pari a 299 792 458 metri al secondo.

Velocità delle onde elettromagnetiche in mezzi materiali non conduttori

La velocità delle onde elettromagnetiche in un mezzo omogeneo non conduttore e non ferromagnetico è minore di quella nel vuoto: cm = c/n , dove n è il cosiddetto indice di rifrazione.

Maggiore è l'indice di rifrazione, minore è la velocità di propagazione.

L'indice di rifrazione, di norma di valore superiore a 1, dipende dalle proprietà del mezzo, ma può assumere valori diversi al variare della frequenza dell'onda.

Un'applicazione che sfrutta gli effetti del diverso indice di rifrazione in sostanze diverse si ha nelle fibre ottiche.

Lunghezza d'onda

Per lunghezza d'onda si intende la distanza spaziale occupata da un ciclo di un'onda ad un dato istante. In altre parole è la distanza fra un punto in un ciclo e il punto corrispondente nel ciclo successivo.

Le lunghezze d'onda delle onde radio vanno dal millimetro (microonde) a parecchi chilometri (ELF).

La lunghezza d'onda di solito si denota con la lettera greca λ (lambda) e si misura in metri.

Frequenza

Il numero di lunghezze d'onda o di cicli che passa per un dato punto nell'unità di tempo è la frequenza. La frequenza si denota con la lettera f oppure con la lettera greca ν (nu) e si misura in hertz (Hz).

È chiaro da quanto è stato detto sopra che la frequenza e la lunghezza d'onda non sono indipendenti, ma sono legate tra loro attraverso la velocità dell'onda:

λf = c nel vuoto e

λf = cm nei mezzi materiali.

Quindi:

· a frequenze maggiori corrispondono lunghezze d'onda minori.

· a frequenza fissa, la lunghezza d'onda varia passando da un mezzo a un altro con indice di rifrazione diverso.

Ampiezza

Abbiamo visto che le onde elettromagnetiche sono costituite da un campo elettrico e un campo magnetico mutuamente perpendicolari che oscillano in fase fra loro perpendicolarmente alla direzione di propagazione.

Per ampiezza si intende il valore massimo che viene raggiunto dall'oscillazione.

Per esempio, nel caso di un'onda marina l'ampiezza è l'altezza massima dell'onda.

In un'onda elettromagnetica le ampiezze dei due campi (quello elettrico e quello magnetico) non sono indipendenti, ma sono legate fra loro: in questo senso i due campi sono accoppiati.

Intensità

L'intensità di un'onda elettromagnetica è l'energia che passa attraverso un'area unitaria nell'unità di tempo e si misura in watt/m2: è cioè l'energia che attraversa in ogni secondo una superficie di un metro quadrato.

Si può dimostrare che l'intensità è proporzionale al prodotto delle ampiezze del campo elettrico e del campo magnetico; e siccome questi ultimi due sono proporzionali tra loro, in ultima analisi l'intensità è proporzionale al quadrato dell'ampiezza del campo elettrico.