Onde elettromagnetiche

Maxwell scoprì che una carica elettrica oscillante produce un campo elettromagnetico composto da un campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari tra loro, che si propagano in forma di onde.

Schema: Carica elettrica oscillante → Campo elettrico variabile → Campo magnetico variabile → Onda elettromagnetica

Questa scoperta ha rivoluzionato la nostra comprensione della natura della luce e ha aperto la strada a numerose applicazioni tecnologiche basate sulle onde elettromagnetiche.

Highlight: Le onde elettromagnetiche sono alla base di molte tecnologie moderne, dalle comunicazioni wireless all'imaging medico.

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.

Campo elettrostatico e magnetostatico

Le equazioni di Maxwell descrivono il comportamento dei campi elettrico e magnetico in condizioni statiche e dinamiche. In condizioni statiche, i campi sono governati dal teorema di Gauss e dal teorema di Ampère.

Highlight: Le equazioni fondamentali per i campi statici sono il teorema di Gauss per il campo elettrico e il teorema di Ampère per il campo magnetico.

Tuttavia, quando i campi variano nel tempo, emergono nuovi fenomeni. Un campo magnetico variabile nel tempo genera un campo elettrico indotto, descritto dalla legge di Faraday-Neumann-Lenz. Questa legge può essere espressa come:

Formula: ∇ x E = -∂B/∂t

dove E è il campo elettrico indotto e B è il campo magnetico variabile.

Definizione: La legge di Faraday-Neumann-Lenz afferma che un campo magnetico variabile nel tempo genera un campo elettrico indotto.

Maxwell generalizzò il teorema di Ampère per includere i campi variabili nel tempo, introducendo il concetto di corrente di spostamento:

Formula: ∇ x B = μ₀(J + ε₀∂E/∂t)

dove J è la densità di corrente di conduzione e ε₀∂E/∂t rappresenta la corrente di spostamento.

Esempio: In un circuito RC durante la carica del condensatore, la corrente di spostamento all'interno del condensatore è uguale alla corrente di conduzione nel circuito.