Propagazione campo elettromagnetico

[Candy]

Sarò breve per necessità.
Forse ho dato troppo per scontato, ma oggi pomeriggio mi è venuto un forte dubbio: come si propaga il campo elettromagnetico nel vuoto ?

Ho ragionato sulla legge di Coulomb, sulle cariche e su quanto ricordavo... tuttavia non tutto mi è tornato.

Ad esempio: si riesce ad osseve luce emessa da altre galassie, come giunge fin qui ? Sopratutto, nello spazio intergalattico.

[DirtyDeeds]

Sei stato troppo breve

Sembra che tu intenda che il campo elettromagnetico per propagarsi abbia bisogno di un supporto (qualcosa tipo il vecchio etere): è a questo che ti stai riferendo?

[Candy]

- Sto immaginando che il vuoto sia tale in quanto assente materia, quindi sono assenti cariche elettriche "libere", ma anche di qualunque altro tipo.
- Sto immaginando che il campo magnetico si propaga come concatenazione di campo elettrico e campo magnetico.
- Sto riflettendo sul fatto che la propagazione del campo non è un movimento di materia, ma l'esercizio di una forza tra le cariche: nella fattispecie la forza di Coulomb.
- Immagino quindi che un generico raggio di luce dalla gallassia A verso la galassia B sia semplicemente l'esercizio della forza tra le cariche, anche se nel "mezzo" c'è il vuoto assoluto.
...
Ma qui appunto entra in gioco la mia ignoranza... Che già in altri post mi è stata fatta notare... Tuttavia di domande me ne sorgono sempre tante.
(Almeno come si propga un campo elettromagnetico dovrei capirlo).

[sandro.mosfet]

un onda elettromagnetiche si propaga anche nel vuoto, alla nota velocità della luce nel vuoto.
In un mezzo è più lenta.
è un campo elettrico non ha bisogno di un mezzo.

Non ho capito qual è la domanda.

[DirtyDeeds]

Cariche e correnti sono sorgenti (una carica che oscilla attorno a una posizione di riposo genera un campo em) e rivelatori (un campo em ha un'azione meccanica su una carica) di campo elettromagnetico , ma non sono necessarie alla sua propagazione. Con i campi è un po' pericoloso ragionare in termini di forze tra cariche: quel "tra" fa pensare a una forza newtoniana, in cui valga il principio di azione-reazione: i campi, però, si propagano con velocità finita e il principio di azione-reazione presuppone una velocità di propagazione infinita.

[Candy]

Dal momento che non c'è bisogno del mezzo, cosa accade ? Perché un onda elettromagnetica attraversa il vuoto ?

Non mi interessa sapere cosa c'è scritto un poco ovunque, ma piuttosto, una spiegazione in termini relativamente poveri di come avviene la propagazione.

Mettiamola diversamente: se tra due punti A e B non c'è nulla, ovvero è il vuoto, ed A è una sorgente di campo elettromagnetico, cosa accade nello spazio tra A e B ?

E se immagino un qualunque istante t0; ed A e B diventano due cariche elettriche, tra queste interagisce la forza di Coulomb.
Posso pensare allora che la propagazione del campo magnetico tra punti molto distanti, in cui è il vuoto, sia l'epressione di questa forza, o c'è dell'altro ?

[Candy]

DirtyDeeds, il tuo post si sovrappone al mio, ma mi confonde molto di più di quanto mi schiarisce.
Ho solo capito che non è bene ragionare in termine di forze. Ed è qui che allora si manifesta la domanda: mi sarà mai possibile capire come si propaga il campo elettromagnetico nel vuoto ?

[DirtyDeeds]

Mettiamola diversamente: se tra due punti A e B non c'è nulla, ovvero è il vuoto, ed A è una sorgente di campo elettromagnetico, cosa accade nello spazio tra A e B ?

Ah, questo nessuno lo sa! Noi sappiamo descrivere matematicamente la propagazione, ma il cosa "accade" nel senso che ti stai chiedendo non lo sappiamo.

E se immagino un qualunque istante t0; ed A e B diventano due cariche elettriche, tra queste interagisce la forza di Coulomb.

No, la forza di Coulomb c'è solo tra cariche in condizioni statiche: in condizioni, cioè, in cui non c'è propagazione di campo elettromagnetico. In presenza di un campo em c'è una sorta di "retroazione" che potremmo schematizzare così

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Le cariche con i loro moti generano un campo elettromagnetico: le equazioni che ci permettono di predire il campo a partire dal moto delle cariche sono le equazioni di Maxwell. Il campo elettromagnetico, a sua volta, agisce sul moto delle cariche: l'equazione che ci permette di predire la forza agente sulle cariche immerse in un certo campo è l'equazione della forza di Lorentz



Lo studio di questa retroazione è veramente un gran casino, e ci sono ancora dei fenomeni non ben compresi.

Posso pensare allora che la propagazione del campo magnetico tra punti molto distanti, in cui è il vuoto, sia l'epressione di questa forza, o c'è dell'altro ?

Come vedi, è molto più un casino

PS: fortunatamente, ci sono dei casi, e l'elettronica è praticamente tutta basata su questi casi, in cui le equazioni possono essere considerate disaccoppiate.

[DirtyDeeds]

Già che ci sono ti faccio un esempio di propagazione un po' meno astratta e che magari ti è già capitato di toccare con mano: immagina di collegare un generatore di tensione a un carico per mezzo di un cavo coassiale lungo . Immagina che inizialmente tensione e corrente siano nulle dappertutto (e quindi anche il campo elettrico e quello magnetico sono nulli dappertutto). Per non complicarci la vita immaginiamo che tutto sia il più ideale possibile; in particolare, supponiamo che il cavo sia non dispersivo: se vuoi puoi anche immaginare che il dielettrico tra i conduttori del cavo sia il vuoto.

Il generatore ora genera un gradino di tensione; inizialmente a , nel cavo, i campi elettrico e magnetico sono diversi da zero solo nella sezione del cavo a contatto col generatore: poiché la velocità di propagazione è finita, la perturbazione causata dal generatore non può raggiungere istantaneamente il carico. Man mano che il tempo passa (in questo "film" immaginiamo di poter risolvere tempi brevissimi), il campo elettromagnetico si propaga lungo il filo: ciò significa che al tempo il campo è diventato non nullo in tutti i punti che distano dal generatore meno di (dove è la velocità di propagazione del campo nel cavo). Nei punti più distanti il campo è ancora nullo.

Quanto valgono campo elettrico e campo magnetico in questi istanti? Il campo non si è ancora propagato fino al carico e nessuno si è ancora accorto della sua esistenza: il rapporto tra campo elettrico e campo magnetico, e in particolare il rapporto tra tensione e corrente, all'interno del cavo è definito solo dalle proprietà del cavo, dalla sua impedenza caratteristica (i 50 ohm dei cavi RG58 per esempio). L'intensità dei campi dipende invece dall'ampiezza della tensione applicata.

Quando, dopo un tempo , il campo arriva al carico si "accorge" che c'è un carico, e se ne accorge perché il carico impone un rapporto tra tensione e corrente generalmente diverso da quello caratteristico del cavo. Per rispettare questa condizione al contorno, allora, si genera all'altezza del carico, un altro gradino di tensione di valore tale da far rispettare le condizioni imposte dal carico. Questo gradino di tensione si propaga allora verso il generatore e la storia si ripete.

Quando carico e generatore sono disadattati, questi fenomeni sono visualizzabili con un oscilloscopio.

Morale: non sappiamo cosa accade nel cavo, nel senso in cui lo intendi tu, però sappiamo calcolare i campi nel cavo in ogni istante di tempo. In particolare, il dielettrico del cavo vincola la propagazione in due modi: impone la velocità di propagazione e impone il rapporto tra i campi. E così fa il vuoto nello spazio.

[IsidoroKZ]

La prendo un po' alla larga, anche considerando che se ha già risposto DirtyDeeds resta poco da dire.

Immagina un condensatore a facce piane parallele con il vuoto come dielettrico, Applicando una tensione alternata al condensatore passa corrente nel circuito. Fra le due armature come fa a passare la corrente?

Cercando un termine descrittivo per questa corrente fra le armature, poi chiamata corrente di spostamento, Maxwell aggiunse un pezzo alle sue equazioni. Poi considerando tutte le equazioni insieme e risolvendole, scopri` che il campo elettromagnetico formava un'onda.

Se non si mette il termine di corrente di spostamento, non si riescono a descrivere e onde radio. E con quel termine salta fuori che fra le due armature c'e` anche un campo magnetico.