onde elettromagnetiche

Cosa sono le onde elettromagnetiche

Rimuovendo le ipotesi di stazionarietà dei campi elettromagnetici si ottiene che i campi E e B, rappresentativi rispettivamente del campo Elettrico e di quello di induzione magnetica, diventano interdipendenti e si propagano nel vuoto nella forma di onde a velocità elevatissima. Tale velocità è indipendente dalla frequenza di propagazione del campo ed è pari alla velocità della luce nel vuoto (300.000 Km al secondo circa): la luce stessa in effetti è costituita da onde elettromagnetiche che l'occhio umano è in grado di osservare con colori diversi all'interno di un certo range di frequenze. I fisici hanno mostrato che il campo elettromagnetico può essere definito e studiato indipendentemente dalle sorgenti che lo hanno generato: in condizioni di variabilità nel tempo delle grandezze fisiche che lo compongono esso si propaga come un'onda, l'onda elettromagnetica per l'appunto. Grazie alle onde, quindi, l'energia elettromagnetica può trasferirsi a velocità elevatissima da un punto all'altro dello spazio: trattando le onde opportunamente è quindi di fatto possibile trasferire energia e sostanzialmente instaurare una comunicazione fra regioni remote dello spazio. Questa importante proprietà ha reso le onde elettromagnetiche uno dei grandi protagonisti del nostro tempo: esse sono il principale fattore abilitante della cosiddetta "era della comunicazione". Le onde elettromagnetiche non sono ovviamente soltanto questo, ma associarle ai telefonini e più in generale ad internet in mobilità rappresenta un modo per far comprendere quanto siano intrinsecamente legate alla vita di tutti i giorni.

Caratteristiche delle onde elettromagnetiche

Come tutte le onde, anche quelle elettromagnetiche sono caratterizzate da parametri specifici: uno di essi è la frequenza. L'intervallo di frequenza all'interno del quale le onde sono oggetto di studio e di applicazioni è ampio variando da pochi hertz a "miliardi di miliardi" di hertz. In particolare, essendo l'energia trasportata dall'onda proporzionale alla frequenza, a frequenze molto elevate esse sono in grado trasportare una energia in grado di ionizzare la materia rompendo i legami chimici che tengono uniti gli atomi: la radiazioni ionizzanti sono pertanto estremamente invasive e pericolose dal momento che sono in grado di penetrare i tessuti umani. Un esempio di radiazioni ionizzanti sono i Raggi X che sono utilizzati ad esempio in medicina per la radiografie. In definitiva quindi le onde elettromagnetiche si possono raggruppare in due grandi famiglie: le radiazioni ionizzanti le radiazioni non ionizzanti Le prime, come detto, sono altamente invasive ed il loro uso deve essere sempre controllato, mentre le seconde trasportano una energia che non è in grado di rompere i legami della materia e sono pertanto meno pericolose per la salute dell'uomo. Le onde elettromagnetiche utilizzate per la telefonia mobile, ad esempio, sono comprese nell'ordine dei MegaHertz (MHz = milione di Hertz). In particolare la tecnologia GSM, tanto per citare una delle più utilizzate al mondo, lavora nell'intervallo di frequenze che va da 900MHz a 1800MHz in Europa, mentre lavora a 1900MHz negli US.

Effetti delle onde elettromagnetiche sulla salute dell'uomo

Come accennato, le radiazioni ionizzanti possono essere molto pericolose per l'uomo: a frequenze elevatissime (ben al di là dell'ultravioletto) vanno maneggiate con estrema cura dal momento che posseggono un energia tale da rompere i legami cellulari e inoltre hanno una lunghezza d'onda talmente piccola da potersi insinuare praticamente dappertutto. Quelle non ionizzanti invece vengono utilizzate per svariate applicazioni: gli smartphone, i televisori, le radio, le reti mobili, tanto per fare qualche esempio applicativo, utilizzano le radiazioni non ionizzanti. Tali radiazioni, pur non avendo una grossa energia, sono costantemente oggetto di studio per capire gli impatti che hanno sull'uomo. Alle radiofrequenze, ad esempio, uno degli effetti dell'esposizione alle onde elettromagnetiche è un moderato riscaldamento. Questo effetto ad esempio è molto più significativo a frequenze più elevate tanto che è sfruttato per scaldare il cibo (il forno a microonde). Alle radiofrequenze, invece, l'effetto non è significativo ma, viste le abitudini umane e la straordinaria diffusione degli apparati a radiofrequenza nelle case, si sta studiando con attenzione quali possano essere gli effetti sulla salute causati da una lunga esposizione a questi tipi di campi. E' infatti esperienza comune quella di avvertire un disagio se si sta per troppo tempo al telefonino ed anche le stesse case costruttrici raccomandano precauzione nell'utilizzo, consigliando ad esempio di non avvicinare troppo il telefono all'orecchio.

Domande frequenti

Qual è la differenza fondamentale tra radiazioni ionizzanti e non ionizzanti?

La distinzione chiave risiede nell'energia trasportata dall'onda, che dipende direttamente dalla sua frequenza. Le radiazioni ionizzanti, come i raggi X o i raggi gamma, possiedono frequenze altissime e un'energia sufficiente per rompere i legami chimici atomici, rendendole potenzialmente dannose per il DNA cellulare e i tessuti umani. Al contrario, le radiazioni non ionizzanti, incluse quelle emesse da smartphone, Wi-Fi e reti cellulari, hanno energie inferiori che non permettono di ionizzare la materia. Sebbene non siano in grado di alterare la struttura molecolare degli atomi, il loro impatto biologico, specialmente in caso di esposizione prolungata, rimane oggetto di studio scientifico approfondito.
Le onde elettromagnetiche dei cellulari possono causare danni alla salute?

Le onde utilizzate dai telefoni cellulari rientrano nello spettro delle radiazioni non ionizzanti (generalmente tra 900 MHz e 1900 MHz). A queste frequenze, l'unico effetto biologico accertato e significativo è il riscaldamento dei tessuti circostanti l'antenna, simile a quanto avviene nei forni a microonde ma a livelli di potenza infinitesimali. Non vi sono prove scientifiche conclusive che dimostrino che l'esposizione quotidiana a questi livelli causi tumori o altre patologie gravi. Tuttavia, per prudenza e per ridurre qualsiasi rischio teorico legato al calore locale o all'esposizione cronica, si consiglia di utilizzare il vivavoce o le cuffie, mantenendo il dispositivo lontano dal corpo quando possibile.
A quale velocità si propagano le onde elettromagnetiche nel vuoto?

Nel vuoto, le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce, che è costante e pari approssimativamente a 300.000 chilometri al secondo (o 3 x 10^8 metri al secondo). Questa velocità è indipendente dalla frequenza o dalla lunghezza d'onda dell'onda stessa. È importante notare che questa velocità massima viene ridotta quando le onde attraversano mezzi materiali diversi dal vuoto, come l'aria, l'acqua o il vetro, a causa dell'interazione con le particelle del mezzo. La luce visibile, i raggi infrarossi e le onde radio sono tutte manifestazioni dello stesso fenomeno fisico che viaggiano a questa velocità fondamentale nello spazio vuoto.
Perché il forno a microonde riscalda il cibo utilizzando onde elettromagnetiche?

Il forno a microonde sfrutta le onde elettromagnetiche non ionizzanti operando a una frequenza specifica (solitamente 2,45 GHz) che corrisponde alla risonanza delle molecole d'acqua presenti negli alimenti. Quando le onde colpiscono queste molecole, ne provocano una rapida oscillazione e rotazione. L'attrito generato da questo movimento molecolare intenso si traduce in produzione di calore termico, cuocendo il cibo dall'interno verso l'esterno. A differenza dei metodi tradizionali che trasferiscono calore per conduzione, le microonde interagiscono direttamente con l'acqua, garantendo un riscaldamento rapido ed efficiente. Questo dimostra come l'energia delle onde possa essere convertita in calore senza bisogno di fiamme o elementi resistivi diretti a contatto con il cibo.
Cosa significa che le onde elettromagnetiche sono 'transversali'?

Definire le onde elettromagnetiche come transversali significa che i campi elettrici e magnetici che le compongono oscillano perpendicolarmente rispetto alla direzione di propagazione dell'onda stessa. Inoltre, il campo elettrico e il campo magnetico sono perpendicolari tra loro. Questa caratteristica le distingue dalle onde sonore, che sono longitudinali (le particelle del mezzo vibrano nella stessa direzione di propagazione). La natura transversale permette alle onde elettromagnetiche di viaggiare nel vuoto senza necessitare di un mezzo materiale, poiché non si basa sullo spostamento fisico di particelle, ma sull'auto-propagazione dei campi variabili nel tempo. Questa proprietà è fondamentale per la trasmissione di segnali nello spazio cosmico.