~~~ La versione in italiano inizia subito dopo la versione in inglese ~~~
ENGLISH
21-05-2025 - Physics - Electromagnetic waves [EN]-[IT]
With this post I would like to give a brief instruction on the topic mentioned in the subject
(code notes: X_15)
Electromagnetic waves
image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot
Electromagnetic waves, definition
In order not to complicate our lives right away, we will first talk about flat electromagnetic waves. Plane electromagnetic waves are a type of electromagnetic wave in which the wave fronts are flat and parallel to each other.
It is essentially a simplified model that is used in physics when we want to describe the propagation of electromagnetic waves in free space.
And here we must necessarily mention Nikola Tesla. He was a pioneer in the transmission of energy and signals through electromagnetic waves. In 1899, in Colorado Springs, he tried to develop a system to transmit energy wirelessly using electromagnetic waves.
Below is the typical expression of a plane electromagnetic wave.
Where:
E = electric field (vector)
B = magnetic field (vector)
E0, B0 = maximum amplitudes of the fields
k = wave vector
r = position in space
ω = angular pulsation
t = time
Transverse electromagnetic waves
Transverse electromagnetic waves are called this because their oscillations occur perpendicular to the direction in which they propagate. So in this case it happens that the electric field, the magnetic field and the direction of propagation of the wave are all orthogonal to each other, that is, at 90° to each other.
Why is this type of wave important?
This type of wave is very important because the structure of transverse electromagnetic waves ensures that the wave does not need a medium to propagate, which essentially means that it can travel in a vacuum, just like light does.
Transverse electromagnetic waves are visible light, radio waves, microwaves, X-rays, infrared radiation and ultraviolet radiation.
NOTE: To generate an electromagnetic wave, an electric or magnetic field that varies is needed.
Speed of electromagnetic waves
Electromagnetic waves (like light) propagate in a vacuum at the speed of light and we know that light travels at a speed of 300,000 km/s.
So let's try a little exercise.
An electric charge oscillates, generating a disturbance in space. After 20 seconds, how far has this disturbance traveled?
The data we have are:
The speed = 300,000 km/s
The time elapsed = 20 s
If we want to know how much space this wave has traveled, we simply multiply the distance by the time, that is:
Distance = speed x time =
The result is 6 million km
The propagation of waves in media
Let's clarify the concept that electromagnetic waves can travel both in a vacuum and in material media. Let's take some examples. Sunlight reaches the earth, it is an electromagnetic wave, and it propagates in a vacuum. However, we know that electromagnetic waves can also pass through material media such as air, glass, water or optical fibers.
As you might easily guess, since electromagnetic waves in materials will have to interact with the molecules of the medium, they travel more slowly in them than those that travel in a vacuum.
When passing through a material medium, the electromagnetic wave decreases its speed, the wavelength becomes shorter, the wave can undergo reflection, refraction, absorption or dispersion. One thing remains unchanged, this is the frequency.
The speed of an electromagnetic wave in a material medium is calculated as follows:
Where:
V = speed of the wave
C = speed of light in a vacuum
n = refractive index of the material
During propagation
During the propagation of an electromagnetic wave inside a material medium, 4 main things happen:
-Reflection
-Refraction
-Absorption
-Dispersion
Conclusions
Electromagnetic waves are not only fundamental to many technologies in use today, but also to natural phenomena. They enable radio transmissions, are used in x-rays, are used in microwaves and finally help us to scrutinize the universe through telescopes and spectrometers.
Question
Did you know that in the late 1800s Nikola Tesla theorized, correctly, that electromagnetic waves could bounce off the ionosphere and using this idea it was possible to generate wireless transmissions of signals and electrical energy?
ITALIAN
21-05-2025 - Fisica - Onde elettromagnetiche [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(code notes: X_15)
Onde elettromagnetiche
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot
Le onde elettromagnetiche, definizione
Per non complicarci subito la vita, parleremo prima di tutto delle onde elettromagnetiche piane. Le onde elettromagnetiche piane sono un tipo di onda elettromagnetica in cui i fronti d’onda sono piani e paralleli tra loro.
Sostanzialmente è un modello semplificato che viene utilizzato in fisica quando vogliamo descrivere la propagazione delle onde elettromagnetiche nello spazio libero.
E qui dobbiamo per forza citare Nikola Tesla.egli fu un pioniere nella trasmissione di energia e segnale attraverso le onde elettromagnetiche. Nel 1899, a Colorado Springs, egli cercò di sviluppare un sistema per trasmettere energia senza fili usando proprio onde elettromagnetiche.
Qui di seguito l’espressione tipica di un’onda elettromagnetica piana.
Dove:
E = campo elettrico (vettore)
B = campo magnetico (vettore)
E0, B0 = ampiezze massime dei campi
k = vettore d’onda
r = posizione nello spazio
ω = pulsazione angolare
t = tempo
Onde elettromagnetiche trasversali
Le onde elettromagnetiche trasversali vengono chiamate così perché le sue oscillazioni avvengono perpendicolarmente alla direzione in cui si propaga. Quindi in questo caso succede che il campo elettrico, il campo magnetico e la direzione di propagazione dell’onda sono tutti tra loro ortogonali, cioè a 90° l’uno rispetto all’altro.
Perché questa tipologia di onda è importante?
Questa tipologia di onda è molto importante perché la struttura delle onde elettromagnetiche trasversali garantisce che l’onda non abbia bisogno di un mezzo per propagarsi questo sostanzialmente significa che può viaggiare nel vuoto, esattamente come fa anche la luce.
Gli onde elettromagnetiche trasversali sono la luce visibile, le onde radio, microonde, i raggi X, la radiazione infrarossa e la radiazione ultravioletta.
NOTA: Per generare un'onda elettromagnetica occorre un campo elettrico o magnetico che variano.
Velocità delle onde elettromagnetiche
Le onde elettromagnetiche (come la luce) si propagano nel vuoto alla velocità della luce e sappiamo che la luce va ad una velocità di 300.000 km/s.
Allora proviamo a fare un piccolo esercizio.
Una carica elettrica oscilla generando una perturbazione dello spazio. Dopo 20 secondi questa perturbazione quanto ha percorso?
I dati che abbiamo sono:
La velocità = 300.000 km/s
Il tempo trascorso = 20 s
Se vogliamo sapere quanto spazio ha percorso questa onda basta semplicemente moltiplicare la distanza per il tempo, cioè:
Distanza = velocità x tempo =
Il risultato è 6 milioni di km
La propagazione delle onde nei mezzi
Chiariamo il concetto che le onde elettromagnetiche possono viaggiare sia nel vuoto sia in mezzi materiali. Facciamo alcuni esempi. La luce del sole arriva sulla terra, essa un’onda elettromagnetica, e si propaga nel vuoto. Sappiamo però che le onde elettromagnetiche possono attraversare anche mezzi materiali come l'aria, il vetro, l’acqua oppure fibre ottiche.
Come potrebbe essere facilmente intuibile, siccome le onde elettromagnetiche nei materiali dovranno interagire con le molecole del mezzo, in esse vanno più lentamente rispetto a quelle che viaggiano nel vuoto.
Attraversando un mezzo materiale, l’onda elettromagnetica diminuisce la sua velocità, la lunghezza d’onda si accorcia, l’onda può subire riflessione, rifrazione, assorbimento o dispersione. Una cosa rimane invariata, questa è la frequenza.
La velocità nel mezzo materiale di un’onda elettromagnetica si calcola come segue:
Dove:
V = velocità dell’onda
C = velocità della luce nel vuoto
n = indice di rifrazione del materiale
Durante la propagazione
Durante la propagazione di un’onda elettromagnetica all’interno di un mezzo materiale avvengono principalmente 4 cose:
-Riflessione
-Rifrazione
-Assorbimento
-Dispersione
Conclusioni
Le onde elettromagnetiche non sono solo fondamentali per moltissime tecnologie in uso oggi, ma anche per i fenomeni naturali. Esse permettono le trasmissioni radio, vengono usate nelle radiografie, si usano nel microonde ed infine ci aiutano a scrutare l'universo attraverso telescopi e spettrometri.
Domanda
Lo sapevate che a fine 1800 Nikola Tesla teorizzò, correttamente, che le onde elettromagnetiche potevano rimbalzare sulla ionosfera e utilizzando questa idea si potevano generare trasmissioni di segnali e di energia elettrica senza fili?
THE END
