Campi elettromagnetici

Le onde elettromagnetiche sono un fenomeno fisico attraverso il quale l’energia elettromagnetica può trasferirsi da un luogo all’altro per propagazione.
Tale fenomeno di trasferimento di energia può avvenire nello spazio libero (via etere), oppure può essere confinato e facilitato utilizzando appropriate linee di trasmissione (guide d’onda, cavi coassiali, etc.).
Le onde elettromagnetiche, secondo la teoria di Maxwell, sono fenomeni oscillatori, generalmente di tipo sinusoidale e sono costituite da due grandezze che variano periodicamente nel tempo: il campo elettrico ed il campo magnetico.
Il campo elettrico E si definisce come una proprietà o perturbazione dello spazio, prodotta dalla presenza di cariche elettriche, positive o negative.
Tale perturbazione si può verificare constatando che ponendo una carica elettrica nella regione perturbata questo risulta soggetto ad una forza.
L’intensità del campo elettrico si misura in Volt per metro (V/m).
Qualsiasi conduttore elettrico produce un campo elettrico associato, che esiste anche quando nel conduttore non scorre alcuna corrente.
Più alta è la tensione, più intenso è il campo ad una certa distanza dal conduttore; mentre per una data tensione l’intensità diminuisce al crescere della distanza.
Conduttori come i metalli, i materiali edili e gli alberi hanno proprietà schermanti.
Il campo magnetico H può essere definito come una proprietà o perturbazione dello spazio prodotta dal movimento delle cariche elettriche ossia dalla presenza di correnti elettriche oppure da magneti permanenti (calamite).
Tale perturbazione si può verificare constatando che ponendo un corpo magnetizzato nella regione perturbata, questo risulta soggetto ad una forza.
L’intensità del campo magnetico si esprime in Ampère per metro (A/m), anche se solitamente si preferisce riferirsi ad una grandezza correlata, la densità di flusso magnetico o induzione magnetica B, misurata in microtesla (µT). Tra le due unità di misura vale la seguente relazione: 1 T = 7.958 x 105 A/m.
Il campo magnetico viene generato soltanto quando viene acceso un apparecchio elettrico e quindi scorre corrente. La sua intensità dipende proporzionalmente dall’intensità della corrente elettrica.
I campi magnetici sono più intensi in prossimità della sorgente e diminuiscono rapidamente all’aumentare della distanza, inoltre non sono schermati dai materiali comuni, come le pareti degli edifici.
Un campo elettrico variabile nel tempo genera, in direzione perpendicolare a se stesso, un campo magnetico, anch’esso variabile, che a sua volta influisce sul campo elettrico stesso. Questi campi concatenati determinano nello spazio la propagazione di un campo elettromagnetico, indipendentemente dalle cariche e correnti elettriche che li hanno generati.
In prossimità della sorgente irradiante, cioè in condizioni di campo vicino, il campo elettrico ed il campo magnetico assumono rapporti variabili con la distanza e possono essere considerati separatamente, mentre ad una certa distanza, cioè in condizioni di campo lontano, il rapporto tra campo elettrico e campo magnetico rimane costante: in condizioni di campo lontano i due campi sono in fase, ortogonali tra loro e trasversali rispetto alla direzione di propagazione (onda elettromagnetica piana).
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Le principali caratteristiche delle onde elettromagnetiche dipendono da una loro proprietà fondamentale: la frequenza f, ossia il numero di oscillazioni compiute in un secondo. Tale grandezza si misura in cicli al secondo o Hertz (Hz) e relativi multipli e sottomultipli.
Strettamente connessa con la frequenza è la lunghezza d’onda l, che è la distanza percorsa dall’onda durante un tempo di oscillazione e corrisponde alla distanza tra due massimi o due minimi dell’onda (l’unità di misura è il metro con relativi multipli e sottomultipli).
Le due grandezze sono tra loro legate in maniera inversamente proporzionale attraverso la seguente relazione:
f = v/l dove v è la velocità di propagazione dell’onda, espressa in metri al secondo (m/s).
La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto è di 300000 km/s.
Frequenza e lunghezza d’onda, oltre ad essere tra loro legate, sono a loro volta connesse con l’energia E trasportata dall’onda, che si misura in Joule (J) e relativi multipli o in elettronVolt (eV), valendo tra le due unità di misura la relazione di conversione
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L’energia associata alla radiazione elettromagnetica è direttamente proporzionale alla frequenza dell’onda stessa attraverso la relazione:
E = h f dove h è una costante detta Costante di Planck pari a
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L’energia elettromagnetica trasportata dall’onda nell’unità di tempo per unità di superficie si definisce densità di potenza S e si esprime in Watt su metro quadro (W/m2).
Maggiore è la frequenza, maggiore è l’energia trasportata dall’onda. Quando un’onda elettromagnetica incontra un ostacolo penetra nella materia e deposita la propria energia producendo una serie di effetti diversi a seconda della sua frequenza.
Dai meccanismi di interazione delle radiazioni con la materia dipendono gli effetti e quindi i rischi potenziali per la salute umana.
L’insieme di tutte le possibili onde elettromagnetiche, in funzione della frequenza e della lunghezza d’onda, costituisce lo spettro elettromagnetico. Nello spettro elettromagnetico si possono distinguere due grandi zone.
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Le onde elettromagnetiche con frequenza superiore a 3000 THz e lunghezza d’onda inferiore a 100 nm hanno un’energia tale (> 12.4 eV) da rompere i legami chimici che tengono uniti gli atomi e le molecole e quindi da ionizzare la materia e sono dette radiazioni ionizzanti (IR); viceversa, le onde con frequenza inferiore non trasportano un quantitativo di energia sufficiente a produrre la rottura dei legami chimici e produrre ionizzazione e sono perciò dette radiazioni non ionizzanti (NIR): è in questa regione dello spettro elettromagnetico che si parla propriamente di campi elettromagnetici.
In particolare le radiazioni non ionizzanti di maggiore interesse ambientale sono le seguenti:
  • radiazione con frequenza compresa tra 0 a 300 GHz, che possono a loro volta venire suddivise in:
    – campi elettromagnetici a frequenze estremamente basse (ELF), con frequenza tra 0 e 3000 Hz, anche detti semplicemente campi elettromagnetici a bassa frequenza;
    – campi elettromagnetici a radiofrequenze e microonde (RF e MO), che convenzionalmente vanno da frequenze di 100 KHz a frequenze di 300 GHz, anche comunemente detti campi elettromagnetici ad alta frequenza.
  • radiazione luminosa (luce visibile)
  • radiazione ultravioletta.
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