Fondamenti di Elettromagnetismo e Proprietà della Luce

Induzione Elettromagnetica

Le correnti indotte si generano quando varia il flusso magnetico attraverso una superficie.

• Faraday-Neumann: la FEM indotta è opposta alla variazione del flusso magnetico.
• Lenz: la corrente indotta si oppone alla causa che l'ha generata.
• Alternatore: trasforma l'energia meccanica in energia elettrica tramite spire in rotazione che cambiano verso ogni mezzo giro.

Equazioni di Maxwell

Descrivono il comportamento del campo elettrico, del campo magnetico e le loro interazioni:

1. Gauss elettrico: le cariche generano un campo elettrico.
2. Gauss magnetico: non esistono monopoli magnetici.
3. Faraday-Neumann: un campo magnetico variabile genera un campo elettrico.
4. Ampère-Maxwell: una corrente o un campo elettrico variabile genera un campo magnetico.

Onde Elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche sono onde trasversali: i campi elettrico e magnetico sono perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione.

• Lunghezza d’onda (λ): distanza tra due creste.
• Periodo (T): tempo di un’oscillazione.
• Frequenza (f): numero di oscillazioni al secondo.

Nel vuoto, la velocità di propagazione corrisponde a quella della luce.

Natura della Luce

• Teoria corpuscolare (Newton): la luce è formata da particelle.
• Teoria ondulatoria (Huygens): la luce è intesa come un'onda; spiega fenomeni come la rifrazione (cambiamento di direzione della luce quando passa da un mezzo a un altro), la diffrazione (piegatura delle onde attorno agli ostacoli) e l'interferenza.
• Esperimento di Young: dimostra definitivamente il comportamento ondulatorio della luce.
• Teoria elettromagnetica (Maxwell): la luce è un’onda elettromagnetica.
• Dualismo: la luce, a seconda dell'esperimento o della situazione, si comporta sia come onda sia come particella (fotoni).

Spettro Elettromagnetico

Lo spettro elettromagnetico è la gamma delle onde elettromagnetiche classificata in base a frequenza e lunghezza d'onda.

Ordine crescente di frequenza:

1. Onde radio: generate dall'oscillazione di elettroni in conduttori metallici (antenne).
   • Frequenza: 10⁵ Hz
   • Lunghezza: 10 km
2. Microonde: utilizzate per comunicazioni satellitari e radar.
   • Frequenza: 10¹⁰ Hz
   • Lunghezza: 10 cm
3. Infrarossi: emessi dai corpi caldi, usati nelle termografie, non sono visibili all'occhio nudo.
   • Frequenza: 10¹² Hz
   • Lunghezza: 1 mm
4. Luce visibile: l'unica parte percepita dall’occhio umano. Emessa da sorgenti come il sole, le stelle e i metalli incandescenti; è essenziale per la fotosintesi e prodotta da variazioni di elettroni e atomi.
   • Frequenza: tra 4,4x10¹⁴ e 7,5x10¹⁴ Hz
   • Lunghezza: 0,74 nm - 0,4 nm
5. Ultravioletti (UV): radiazioni ionizzanti, possono penetrare nei tessuti degli organismi e danneggiarli; sono usati per sterilizzare.
   • Frequenza: 7,9x10¹⁴ Hz
   • Lunghezza: 0,38 nm
6. Raggi X: attraversano i corpi e sono utilizzati nelle radiografie.
   • Frequenza: 3x10¹⁶ Hz
   • Lunghezza: 10 nm
7. Raggi Gamma: molto ionizzanti e penetranti, usati nelle terapie tumorali. Derivano da trasformazioni di massa in energia nei nuclei instabili.
   • Frequenza: 3x10¹⁹ Hz
   • Lunghezza: 0,04 nm