MeteoWeb presenta ‘Un viaggio nel mondo delle onde elettromagnetiche’

di Saverio Spinelli – La maggior parte della gente del mondo vive immersa nei campi elettromagnetici ed utilizza ogni giorno dispositivi elettromagnetici; le telecomunicazioni rappresentano una componente sempre più rilevante nella nostra vita quotidiana.
Ciò nonostante, molti ignorano completamente qualsiasi argomento correlato alle onde elettromagnetiche.
Inoltre la materia non viene mai approfondita od anche solo affrontata se non in un contesto specialistico, dando per scontato forse che essa debba essere appannaggio dei soli addetti ai lavori.
Per esempio, periodicamente, con un breve preavviso, si verificano in tutto il mondo disturbi e black out nelle radiocomunicazioni in bassa frequenza: sappiamo che responsabile di tutto ciò è l’attività solare. Ogni volta che ciò succede vengono menzionate le conseguenze che il fenomeno implica, ma raramente sull’argomento trova spazio un approfondimento in cui sia specificato cosa in effetti accade.
Ed ancora, chi desidera documentarsi un po’ sul web, come risultato di ogni ricerca trova quasi unicamente articoli scientifici e come tali, corredati da un mare di formule ai più incomprensibili.
Meteoweb ha realizzato una serie di articoli divulgativi nei quali, partendo da una introduzione sulle radiazioni elettromagnetiche e dei loro parametri tipici, si parlerà di onde radio, della loro generazione e propagazione, di ionosfera, di macchie solari e di radioastronomia.
Gli articoli non sono dedicati a chi già è esperto della materia e né a chi è alla ricerca di un approfondimento ingegneristico.
Infatti il target di lettori cui ci si intende rivolgere è rappresentato da coloro che, pur non disponendo di una adeguata preparazione specifica, hanno tuttavia un certo interesse tecnico-scientifico e desiderano acquisire una conoscenza di base su questo argomento.
La materia, di per sé impegnativa, sarà infatti affrontata utilizzando un linguaggio comprensibile alla maggior parte della gente, facendo riferimento ad analogie su argomenti e circostanze riscontrabili nella vita quotidiana e senza l’uso di formule matematiche, tranne una, ma semplicissima.
In pratica ci si prefigge l’obiettivo di consentire al lettore di trovare risposta ad una serie di domande, talvolta banali, altre volte decisamente meno, come queste:

• Cosa sono le onde radio?
• Perché e come l’attività solare può disturbare le radiocomunicazioni?
• Le condizioni meteo possono condizionare le radiocomunicazioni?
• Perché le antenne radio sono così diverse per forma e dimensioni?
• Perché i radioamatori riescono a collegarsi con l’altra parte del mondo senza bisogno di ripetitori?
• I sommergibili in immersione possono comunicare via radio?
• Perché è relativamente facile, in certe ore del giorno ed in certe stagioni, collegarsi via radio dall’Italia con la Nuova Zelanda, che è il paese più distante?
• Perché i radiotelescopi sono così grandi?
• Come fanno gli astronomi a determinare la temperatura delle stelle?
• E come fanno a sapere che una galassia sia sta allontanando o avvicinando alla Via Lattea?

Cosa sono le onde elettromagnetiche?

Fig. 1. Rappresentazione spaziale di un’onda elettromagnetica, in cui sono evidenziate le due componenti elettrica (E) e magnetica (M), tra esse ortogonali

Prima di tutto vediamo di definire cosa sono le onde elettromagnetiche.

Le radiazioni elettromagnetiche sono fenomeni ondulatori (cioè si propagano come il moto ondoso del mare), sono generate elettricamente ed interagiscono con cariche elettriche.

Il campo elettromagnetico si propaga in linea retta alla velocità della luce ed è costituito da due componenti, una elettrica ed una magnetica (tra di essi perpendicolari).

A differenza del suono, che  ha bisogno di un mezzo fisico per diffondersi, come l’aria o  l’acqua   (infatti nel vuoto il suono non viene trasmesso), le onde elettromagnetiche possono propagarsi anche nel vuoto  e quindi anche nello spazio cosmico.

I vari tipi di radiazione elettromagnetica si differenziano in base alla loro lunghezza d’onda, ovvero  in base alla loro frequenza:  infatti le due  grandezze sono direttamente correlate.

La formula seguente, che rimarrà l’unica formula da noi utilizzata, ne definisce la correlazione:

L = c/f

  • L è la lunghezza d’onda, che viene espressa in metri, con i suoi multipli e sottomultipli;
  • f è la frequenza, che viene misurata in Hz (Hertz, cioè cicli al secondo), con i suoi multipli (MHz. GHz ecc.);
  • c la velocità della luce,  che nel vuoto vale 3×10 m/s e cioè  300.000 km al secondo.
Fig. 2

Preghiamo il lettore che di solito preferisce “saltare” le formule di soffermarsi un attimo su di essa, nonostante l’avversione che potrebbe avere, perché  ciò gli consentirà, nel proseguo della lettura,  di scoprire tante piccole e grandi cose cose della cui comprensione fino ad oggi non si riteneva capace.

La formula ci fa constatare che, all’aumentare della  frequenza, la corrispondente lunghezza d’onda diventa sempre più piccola.

Ciò appare evidente nelle figure 2 e 3 in cui la prima raffigura un’onda ad una frequenza più alta della seconda  ed a quest’ultima corrisponde un’onda più lunga della prima.

Fig. 3
  1. Cosa sono le onde elettromagnetiche?
  2. Cos’è lo spettro elettromagnetico?
  3. Come si fa a conoscere la temperatura delle stelle?
  4. Come si è scoperto che l’universo è in espansione?
  5. Cosa sono le onde radio?
  6. Come vengono prodotte le onde radio?
  7. Cosa hanno in comune antenne radio e telescopi?
  8. Quali antenne usano i radioamatori? E i sottomarini?
  9. Come si propagano le onde radio?
  10. Cosa sono le macchie solari?
  11. Cos’è la ionosfera?
  12. Quali sono gli effetti della ionosfera sulle onde radio?
  13. Che fine fanno le onde radio dirette verso il cielo?
  14. Cosa sono le onde corte?
  15. Un’onda radio può fare il giro del mondo?