Le onde elettromagnetiche sono ovunque ma non si vedono

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Esame di Fisica Generale, domanda di elettromagnetismo: Che cos’è un’onda elettromagnetica? La domanda è semplice e diretta, eppure, capita spesso che la risposta non lo sia altrettanto, al punto da mandare in crisi chiunque. Tuttavia, con la tecnologia che avanza e la conseguente e continua esposizione a radiazioni elettromagnetiche, cresce la curiosità e diventa naturale porsi la questione su cosa siano le onde elettromagnetiche e se sono o no nocive per il corpo umano.
Un’onda elettrimagnetica è una perturbazione del campo elettromagnetico.
Quello che maggiormente colpisce, esaminando fenomeni elettrici e magnetici, è l’esistenza di “effetti a distanza” che si manifestano, ad esempio, avvicinando due calamite o facendo squillare il telefono cellulare davanti ad un antenna portatile. Questi “effetti a distanza” furono per molto tempo spiegati come “azioni a distanza”. Fu Michael Faraday, durante i suoi studi sull’interazione elettromagnetica nella prima metà del 1800, ad avanzare alcune idee innovative che vennero formalizzate nel 1873, quando il fisico scozzese James Clerk Maxwell formulò le quattro equazioni dell’elettromagnetismo che portano il suo nome. Il contributo di Maxwell fu fondamentale per introdurre un nuovo concetto, lasciandosi alle spalle quello, privo di base matematica, dell’azione a distanza: il campo elettromagnetico. Per ben comprendere il concetto di campo si immagini di avere due sistemi di cariche elettriche, A e B, posti a distanza l’uno dall’altro, nello spazio. Si sarebbe portati a dire che il sistema A produce un nuovo “stato di cose”, chiamato campo elettromagnetico, determinato da A stesso e dipendendente dalla struttura del sistema. Si può, però, affermare che l’azione esercitata da tale campo elettromagnetico sul sistema B ha una certa struttura e si trova in un punto dello spazio in cui il campo generato da A non è nullo. La differenza tra le due interpretazioni sta nella proprietà delle stesse nello spiegare i ritardi di osservazione degli effetti prodotti dall’interazione tra i due sistemi. Infatti, la prima affermazione non tiene conto del tempo trascorso tra l’istante in cui gli effetti vengono osservati sul sistema B e l’istante in cui la posizione o la struttura del sistema A variano nel tempo. La seconda, invece, si. Nella seconda interpretazione infatti, si intuisce che il ritardo tra “causa ed effetto” è dipendente alla distanza tra i due sistemi e perciò permette di interpretare che le onde elettromagnetiche si propagano con velocità finita.

Pertanto, alla luce della seconda affermazione, si può dire che un campo elettromagnetico è una perturbazione dello spazio-tempo, nel senso che non è una situazione in cui una carica esercita una forza di attrazione o repulsione mentre l’altra ne subisce gli effetti, ma è una proprietà dello spazio in cui esse si trovano. Le onde elettromagnetiche furono scoperte da Hertz nel 1887 [vedi articolo A.Massafra 20/01/10], ma furono predette da J.C Maxwell quando, nel 1873, scrisse le sue famose equazioni che descrivono le evoluzioni spazio-temporali del campo elettromagnetico e le cui soluzioni si chiamano, appunto, onde.
Usando un telefono cellulare, accendendo la radio, la televisione o sottoponendosi ad un esame radiografico si è immersi in un campo elettromagnetico, tanto che non ci si accorge neanche della loro presenza, almeno finchè un cellulare non “prende” per chiamare un’amica o l’antenna della televisione non dà segnali di vita per vedere trasmissioni come il Grande Fratello. In generale le onde elettromagnetiche, nel loro utilizzo, si possono distinguere in due gruppi: le onde recanti informazioni (onde radio) e le onde recanti energia (microonde). Ma le onde elettromagnetiche sono nocive? La domanda potrebbe generare una discussione senza fine, data la vastità di risposte. Infatti, un cellulare non procura danni, ma un’esposizione prolungata ai raggi X si, una televisione non ha mai ucciso nessuno, ma se si è investiti da raggi gamma non si ha il tempo neanche di accorgersi di quello che è successo. Il motivo? E’ diversa la frequenza. La proprità di penetrare la materia (quindi il corpo umano in particolare) dipende dalla frequenza dell’onda che incide su di essa. Un onda elettromagnetica nel range dei raggi X ha un frequenza altissima e una proprietà di penetrare la materia altrettanto elevata, analogamente per i raggi gamma, che si differenziano dai raggi X per avere una frequenza ancora maggiore e di provocare quindi danni maggiori. Di contro, telefoni cellulare e apparecchi che coinvolgono onde radio hanno frequenze molto più basse e quindi poca proprietà di penetrare la materia.