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L’elettromagnetismo

Scegliere di cosa parlare oggi non è stato facile. Ci siamo lasciati parlando di fusione e fissione nucleare e avrei voluto riprendere da lì. Poi però mi è arrivato un messaggio su whatsapp. Nel messaggio si diceva che il coronavirus si diffonde a causa del 5G, la nuova generazione di tecnologie per le reti di telefonia mobile a bassa latenza. Il messaggio sosteneva, insomma, che il coronavirus si diffonde maggiormente laddove c’è un maggiore inquinamento elettromagnetico dovuto alle nuove antenne 5G.
Non entro nella polemica. Il mondo scientifico non ha trovato alcuna correlazione tra il coronavirus e la diffusione di antenne 5G, ma ovviamente ognuno è libero di non fidarsi del mondo scientifico e di pensarla come vuole.
Tuttavia visto che se ne parla, tanto vale chiarire qualche premessa. Ad esempio: cosa sono i campi elettromagnetici?

Di cosa parliamo oggi
– L’elettricità e il magnetismo
– I campi elettromagnetici
– Le onde elettromagnetiche

L’elettricità e il magnetismo
Tutti nella nostra vita abbiamo giocato con una calamita e tutti siamo circondati da dispositivi elettrici. L’elettricità e il magnetismo sono due fenomeni che l’umanità utilizza da decenni con successo e che diamo praticamente per scontati. Apparentemente sono due fenomeni completamente diversi. Il magnetismo è una proprietà di alcuni materiali, come ad esempio la magnetite, che riescono ad attirare alcuni metalli. L’elettricità invece, che è dovuta alla presenza o al movimento di cariche elettriche, si manifesta in molti modi: il fenomeno elettrico più evidente è il fulmine, ma di sicuro sentiamo delle scariche elettriche anche quando indossiamo un maglione di lana e i nostri capelli, dopo qualche crepitio, assumono pettinature improbabili. Entrambi i fenomeni sono ampiamente sfruttati dall’uomo. I magneti sono componenti di largo impiego, dalla meccanica alle bande magnetiche delle carte di credito; l’elettricità, è entrata prepotentemente nelle nostre vite da quando Alessandro Volta inventò la prima batteria.

Nonostante sembrino così diversi, l’elettricità e il magnetismo non sono fenomeni distinti. A fine Ottocento si scoprì infatti che muovendo un magnete vicino a dei fili di metallo è possibile generare delle correnti. Per chi se ne intende di motori, questo è il principio di funzionamento degli alternatori.

Viceversa si scoprì che muovendo delle cariche elettriche è possibile creare delle forze magnetiche. Nel video che segue viene utilizzata una batteria per creare una corrente dentro a un filo. Al passaggio della corrente, la bussola, che solitamente indica il nord e il sud magnetico terrestre, viene attirata da una seconda misteriosa forza magnetica. Questo principio è alla base del funzionamento degli elettromagneti utilizzati per la raccolta del ferro.

L’elettricità e il magnetismo, quindi, non sono fenomeni distinti, ma manifestazioni differenti dello stesso fenomeno fisico: l’elettromagnetismo. Per chi volesse approfondire, le forze elettromagnetiche sono una delle quattro forze fondamentali che regolano il funzionamento del nostro universo.

I campi elettromagnetici
Come intuirete, per misurare un fenomeno elettrico o un fenomeno magnetico è necessario che ci sia una sorgente. Facciamo un esempio: perché la bussola si orienta sempre nella stessa direzione? Perché rileva la presenza di una sorgente magnetica molto intensa, il nucleo della Terra. Come avete visto nel video, però, se introduco un’altra sorgente sufficientemente potente (il filo percorso da corrente), la bussola si sposta, rilevando la presenza di entrambe le sorgenti e sovrapponendo le misurazioni. La bussola, però, non ci dà valori numerici, ma solo delle direzioni. Per sapere quanto è intenso un fenomeno magnetico serve uno strumento chiamato magnetometro: un sensore che rileva l’intensità delle sorgenti. Più una sorgente è vicina, maggiore è l’intensità. Se mi allontano, l’intensità diminuisce.
Lo stesso discorso vale per i fenomeni elettrici. Le sorgenti in questo caso sono solitamente dei materiali carichi. Per misurare l’intensità delle sorgenti si utilizzano dei sensori chiamati sensori EFM. Anche in questo caso, più una sorgente è vicina, maggiore è l’intensità. Se mi allontano, l’intensità diminuisce.

Ora, se portassimo con noi entrambi gli strumenti – un magnetometro e un sensore EFM – scopriremmo che siamo circondati di sorgenti elettromagnetiche: i magneti, le batterie, il nucleo della Terra, i cavi elettrici, i cellulari, i frigoriferi, le antenne trasmittenti, i forni, i frullatori. Generalmente ogni cosa – comprese le piante e il terreno – è una sorgente elettrica e magnetica. Anche il corpo umano è percorso da correnti elettriche, che regolano l’attività del nostro cervello, dei nostri muscoli e del nostro cuore: noi siamo deboli sorgenti elettromagnetiche. 
I nostri strumenti misurerebbero, nel punto in cui si trovano, gli effetti dovuti alla somma di tutte le sorgenti e, nel fare le misure, scopriremmo che i valori misurati dai nostri strumenti cambiano nel tempo: le sorgenti possono spegnersi, accendersi o spostarsi, influendo così sulle misure effettuate.

Cosa sono quindi i campi elettromagnetici? Immaginate di poter congelare il tempo e di eseguire contemporaneamente una misura in tutti i punti dello spazio attorno a voi: quella mappa di valori sarebbe il campo elettromagnetico che vi circonda, in quell’istante.
La situazione è simile a quella di un contadino che volesse sapere quante spighe ha ciascuna pianta nel suo campo di granoturco. Si dovrebbe spostare di pianta in pianta, misurare il numero di pannocchie e segnarlo su una mappa che rappresenta il campo di granoturco. Allo stesso modo, conoscere il campo elettromagnetico significa conoscere i valori misurati dal magnetometro e dal sensore EFM nello spazio attorno a noi. 

Le onde elettromagnetiche
Il campo elettromagnetico può essere solitamente captato con dei ricevitori, delle antenne, che sono ovviamente molto usate nell’ambito delle telecomunicazioni: da quando Morse inventò il primo telegrafo elettrico siamo in grado di creare delle sorgenti elettromagnetiche per trasmettere dei segnali in codice e grazie a Guglielmo Marconi, lo sappiamo fare anche senza fili. Questi segnali producono delle variazioni nel campo elettromagnetico, chiamate onde elettromagnetiche e queste variazioni possono essere captare da opportune antenne, che ricevono il segnale e ci permettono di decodificarlo. 
Le onde elettromagnetiche sono quindi tutti i segnali che modificano il campo elettromagnetico attorno a noi. Una buona parte sono di origine artificiale: i segnali radio, i segnali televisivi, i segnali wifi, i segnali bluetooth e i segnali telefonici che vengono trasmessi da un ripetitore all’altro sono onde elettromagnetiche. Ma esistono moltissime onde elettromagnetiche prodotte da sorgenti naturali. Un esempio? I raggi solari.