Produzione e propagazione delle onde EM: generazione di onde EM da cariche accelerate, proprietà (trasversali, velocità c, E⊥B), densità di energia e intensità

Origine e proprietà

Le onde elettromagnetiche sono perturbazioni che trasportano energia senza trasportare materia. Una carica ferma produce un campo elettrico costante; una carica in moto uniforme aggiunge un campo magnetico costante. È una carica accelerata — per esempio in un’antenna — a generare campi variabili nel tempo che si sostengono a vicenda e si propagano anche nel vuoto. Sono onde trasversali: $\vec{E}$ e $\vec{B}$ oscillano perpendicolarmente alla propagazione e sono perpendicolari tra loro, $\vec{E}\perp\vec{B}$. Nel vuoto viaggiano alla velocità della luce:

e i moduli sono legati da $E=cB$.

Energia e intensità

• La densità volumica di energia vale $w=\frac{1}{2}\varepsilon_0 E^2+\frac{1}{2}\frac{B^2}{\mu_0}$; poiché i due contributi sono uguali, $w=\varepsilon_0 E^2$. L’intensità media, potenza per unità di superficie, è $I=\frac{1}{2}c\varepsilon_0 E_0^2$ e si misura in $\text{W/m}^2$. Dalla formula inversa $E_0=\sqrt{\frac{2I}{c\varepsilon_0}}$ e da $B_0=E_0/c$ si ricavano le ampiezze dei campi. Nel caso della radiazione solare, con $I=1360\ \text{W/m}^2$, si ottengono ordini di grandezza di $10^3\ \text{V/m}$ per $E_0$ e di $10^{-6}\ \text{T}$ per $B_0$.