Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche

Nel 1837, Maxwell pubblicò il "Treatise on Electricity and Magnetism", introducendo le celebri equazioni di Maxwell in forma differenziale:

1. ∇ · E = ρ/ε₀ (Teorema di Gauss)
2. ∇ x E = -∂B/∂t (Legge di Faraday-Neumann-Lenz)
3. ∇ · B = 0 (Teorema di Gauss per il magnetismo)
4. ∇ x B = μ₀(J + ε₀∂E/∂t) (Teorema di Ampère generalizzato)

Highlight: Le equazioni di Maxwell unificano elettricità e magnetismo, mostrando che i campi elettrico e magnetico sono interdipendenti.

Nel 1870, Maxwell predisse l'esistenza delle onde elettromagnetiche. Un campo elettrico variabile genera un campo magnetico variabile e viceversa, creando un'oscillazione che si propaga nello spazio come onda elettromagnetica.

Definizione: Le onde elettromagnetiche sono oscillazioni dei campi elettrico e magnetico che si propagano nello spazio, anche nel vuoto.

Maxwell dimostrò che la velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto è:

v = 1/√(ε₀μ₀) = 299,792,458 m/s

Highlight: La velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto è numericamente uguale alla velocità della luce, portando alla conclusione che la luce è costituita da onde elettromagnetiche.

Natura della Luce

La luce manifesta una doppia natura, comportandosi sia come onda elettromagnetica che come particella nella sua interazione con la materia.

Definition: La densità di energia totale di un'onda elettromagnetica nel vuoto è la somma della densità di energia elettrica e magnetica.

Highlight: In un'onda elettromagnetica, i campi elettrico e magnetico trasportano la stessa quantità di energia.