Che cos'è la teoria delle onde elettromagnetiche?
Il concetto noto come teoria delle onde elettromagnetiche è nato con il lavoro di James Clerk Maxwell e Heinrich Hertz. Secondo le equazioni elettriche e magnetiche postulate da Maxwell, i campi elettromagnetici assomigliano a un'onda sia nella struttura che nell'azione. Le onde elettromagnetiche coincidono con la misurazione della velocità della luce, rendendo la luce un'onda elettromagnetica stessa.
I campi elettrici sono spazialmente variabili e generano un campo magnetico che varia nel tempo. Allo stesso modo, i campi magnetici faranno lo stesso per i campi elettrici, facendo funzionare i due concetti all'unisono. Insieme i due campi oscilleranno e creeranno un'onda elettromagnetica.
Le proprietà fisiche della teoria delle onde elettromagnetiche assumono la forma di elettrodinamica. Questa sfaccettatura della teoria significa che qualsiasi campo elettromagnetico presente nello stesso spazio è considerato un campo vettoriale, un'onda con direzione e lunghezza. Come tale, può unirsi con altri campi vettoriali. Ad esempio, quando un'onda elettromagnetica colpisce una molecola, gli atomi all'interno di quella molecola iniziano a oscillare, emettendo le proprie onde elettromagnetiche, incidendo sull'onda originale. Secondo la teoria delle onde elettromagnetiche, ciò causerà rifrazione, un cambiamento nella velocità o diffrazione, un cambiamento nella lunghezza d'onda.
Poiché la luce è un tipo di onda elettromagnetica, la teoria determina che l'oscillazione della luce non può essere influenzata da altri campi elettrici o magnetici statici. Tuttavia, le interazioni tra determinati eventi esterni, come la luce che viaggia attraverso un cristallo, possono avere un effetto. Secondo la teoria delle onde elettromagnetiche, i campi magnetici che influenzano la luce causeranno l'effetto Faraday e i campi elettrici che influenzano la luce causeranno l'effetto Kerr, una riduzione della velocità delle onde luminose.
La frequenza è un aspetto molto importante della teoria delle onde elettromagnetiche. L'oscillazione dell'onda è misurata da Hertz, l'unità di frequenza. Un hertz equivale a un'oscillazione al secondo. Quando un'onda elettromagnetica, come nel caso della luce, crea onde a frequenze diverse, viene considerata uno spettro.
Piccole particelle di energia chiamate fotoni sono le unità di base della radiazione elettromagnetica. Mentre i fotoni viaggiano, l'onda segue e crea una frequenza proporzionale alla particella. I fotoni vengono assorbiti dagli atomi che, a loro volta, eccitano gli elettroni. Quando l'elettrone raggiunge un livello di energia sufficientemente elevato, sfugge all'attrazione positiva del nucleo. Se il livello di energia dell'elettrone si abbassa, viene emesso un fotone di luce.
La teoria delle onde elettromagnetiche afferma che qualsiasi accelerazione di una carica elettrica o un cambiamento nel campo magnetico produce radiazioni. Questa radiazione può presentarsi sotto forma di un'onda o di una particella. Velocità, lunghezza d'onda e frequenza sono i fattori associati alle onde. Le particelle contengono energia individualizzata pari alla frequenza. Indipendentemente dal tipo, la radiazione elettromagnetica viaggia alla velocità della luce nel vuoto. Questo fatto spinse Albert Einstein a stabilire la teoria della relatività.