Etere!

Ovvero lo spettro elettromagnetico e le onde radio.

Siamo in spiaggia, sdraiati a gustarci il Sole e il dolce rumore del mare, quando ad un tratto….
Tutto si interrompe perché, dall’ombrellone di fianco, parte il fastidioso tormentone estivo, sparato ad alto volume, in loop h24 su tutte le stazioni radio.
Al di la delle giuste e doverose imprecazioni, come fa ad arrivare 
quel fastidioso motivetto irritante, fino a quel malefico oggetto con antennina, che il grasso, sudato e oleoso vicino di ombrellone, tiene accanto a se?
Nel precedente articolo, abbiamo parlato di due entità, (il campo elettrico e il campo magnetico), che Maxwell mise in relazione tramite delle equazioni basate su gli esperimenti di Faraday.
Senza addentrarci in concetti troppo lunghi e complessi, ne in complicate equazioni matematiche (che comunque si trovano sul web), Faraday e Maxwell, intuirono che una variazione nel tempo di uno dei due campi, determinava il manifestarsi dell’altro.
I due campi erano quindi, in un qualche modo, legati e le loro variazioni nel tempo, producevano un fenomeno ondulatorio, si scoprirono quindi il Campo Elettromagnetico e le Onde Elettromagnetiche.

Sin dai tempi di Aristotele e Platone, nell’antica Grecia, si riteneva che la luce, fosse una sorta di onda, che si diffondeva in un mezzo invisibile, chiamato “etere”, che permeava lo spazio tutto attorno a noi.
Fu solo nel 1800 e nel 1900 che si scoprì, con certezza, che la luce possedeva, effettivamente, un moto ondulatorio, ma, non esisteva nessun etere.
La luce poteva propagarsi anche nel vuoto del cosmo, ad una velocità finita.
Faraday scoprì addirittura, nei suoi incredibili esperimenti, che la luce, si poteva modificare tramite campi elettrici e campi magnetici
La luce, era quindi una radiazione elettromagnetica, una variazione nel tempo di un campo elettromagnetico che si propagava in tutte le direzioni, ad una velocità finita, chiamata poi, in seguito, “velocità della luce”.
Un’analogia molto nota per rappresentare questo moto ondulatorio che si irradia e si propaga, è quella del sasso nello stagno.
Le radiazioni elettromagnetiche si comportano come le onde in uno stagno quando ci buttiamo dentro un sasso.

Delle belle e rilassanti onde che si propagano in uno stagno, le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto e in tantissimi altri mezzi.
Raffigurazione di un onda elettromagnetica. In rosso la variazione di campo elettrico e in azzurro la variazione di campo magnetico.

 

Da li a poco, si scoprì che, oltre alla luce, erano presenti tanti altri “raggi invisibili”, ognuno con diverse caratteristiche, ma tutti facenti parte di un unico insieme, lo Spettro Elettromagnetico.
Cambiando la frequenza dell’onda, ovvero quante oscillazioni ci sono in un secondo, questi raggi assumono diverse proprietà e si comportano in modo diverso.
Il nostro occhio, si è evoluto per captare alcune di queste frequenze di onda, per questo, noi vediamo la luce e tutti i suoi colori.
Altre frequenze, invece, non vengono colte dai nostri occhi e restano quindi a noi invisibili.
Le onde radio, fanno parte di questo spettro elettromagnetico, così come le microonde del WIFI, gli infrarossi dei telecomandi delle TV, i raggi Ultravioletti che ci fanno abbronzare, i Raggi X che attraversano i tessuti molli del nostro corpo ma non le ossa e i raggi Gamma, prodotti dalle radiazioni nucleari e degli eventi più violenti e catastrofici dello spazio profondo.
La frequenza, si misura in Hertz, o abbreviato Hz.
1 Hz corrisponde quindi ad una singola oscillazione in un secondo.

1 ciclo intero di onda in 1 secondo = 1 Hertz

Quando noi ascoltiamo, in macchina, la nostra stazione radio preferita, per esempio Radio DeeJay (107.0 MHz ,megahertz), la musica che ci arriva, viaggia tramite un’onda radio che si propaga nello spazio, dal ripetitore, fino alla nostra antenna della macchina, con una frequenza di 107.000.000 Hz, ovvero 107 milioni di oscillazioni di onda al secondo.
La lucina rossa della nostra TV spenta, ci appare luminosa e colorata, perché il LED sta propagando una radiazione con una frequenza di circa 400 THz (terahertz), ovvero 400.000.000.000.000 Hz.
Se invece la TV è accesa e il led è verde, la luce ha una frequenza di circa 600 THz.

Un’altra misura che possiamo fare con queste onde, è la Lunghezza d’onda, ovvero lo spazio che intercorre tra due creste.
La lunghezza d’onda, per convenzione, viene indicata con la lettera greca “lambda” (λ) e si misura, essendo una vera e propria misura di spazio, in metri.
Come si può notare dalla figura sopra, la distanza tra le creste dell’onda a 1 Hz, è maggiore rispetto alla distanza tra le creste dell’onda a 3 Hz.
Quindi, la lunghezza d’onda è inversamente proporzionale alla frequenza, ovvero, al crescere della frequenza, diminuisce la lunghezza d’onda.
Tornando all’esempio di Radio Deejay e dei LED, la nostra emittente radio, trasmetterà con una lunghezza d’onda di circa 2,8 metri, mentre le due lucine luminose della TV, arrivano ai nostri occhi con una lunghezza d’onda di circa 650 nm (nanometri), per quella rossa e 500 nm per quella verde.

Lo spettro elettromagnetico nella sua interezza, dalle onde radio ai raggi gamma, lo spettro della luce visibile occupa solo una piccola porzione, mentre le onde radio vanno da 0 Hz a 300 MHz.
Notare come al crescere della frequenza, diminuisce la lunghezza d’onda.
Su gentile cortesia di Science@NASA

Le onde radio sono quindi parte di questo spettro elettromagnetico.
Per convenzione, si fanno partire da 0 Hz fino a 300 MHz, oltre, si va nel campo delle microonde, molto usate anch’esse, come vedremo nei prossimi articoli, nelle comunicazioni.
Come lo spettro della luce visibile si suddivide in vari colori, dal rosso al violetto crescendo di frequenza, anche le onde radio si dividono in diverse bande.

Nel prossimo articolo, esploreremo più nel dettaglio lo spettro delle onde radio, la sua suddivisione, gli utilizzi e i comportamenti delle varie frequenze mentre viaggiano nell’acqua, nel terreno, nell’atmosfera e nello spazio aperto.

Stay Tuned!

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