Campi elettro-o-magnetici e altri campi "strani"

[PietroBaima]

Problema di ottica fisica

[MarcoD]

Ora aggiungiamo tra i due una parete in rame di estensione infinita, oppure una palla di rame che racchiude uno dei due solenoidi. Sono sicuro che una certa energia continuerà a passare. Magari un po' meno per le perdite che andranno a scaldare il rame, ma una buona parte continuerà a passare.

Riesco a vedere il campo magnetico sinusoidale che passa attraverso la parete di rame ma non riesco proprio a capire da dove riesca a passare il campo elettrico.

E' l'inizio di una pigra mattina di Natale.. Provo a risponderti..purtroppo in modo approssimato...:
...ma una buona parte continuerà a passare..? cosa vuol dire buona parte? 90 % ?, 10 % ?, 1 % ?
a parte le dimensioni fisiche di bobine e schermo dipende dalla frequenza della corrente nel solenoide.
A frequenza zero il campo magnetico passa tutto, ma non fornisce induzione nella bobina ricevente, ossia non porta energia.

Le correnti parassite indotte dall'induzione magnetica, si oppongono al passaggio del campo megnetico attraverso la parete.
Se quello che passa è un campo magnetico variabile, questo ricreerà un campo elettrico.

Ma non devi pensare che il rapporto fra intensità campo elettrico e intensità campo magnetico sia costante, lo è solo nel vuoto (aria) e probabilmente nello spazio lontano dalla sorgente.

In realtà quello che conosco peggio è la teoria dei campi elettromagnetici e anche il magnetismo (si chiama così? ) , anche perché mi sono tenuto il più possibile lontano dal progetto di trasformatori/motori e altri aggeggi ferromagnetici (meglio comprarli fatti) .

[Theremino]

Alle "solite" frequenze di circa 50 Hz le perdite nel rame sono minime e probabilmente l'inserimento di una parete di rame non cambia la quantità di energia trasferita che di una frazione molto piccola. Comunque quanto campo magnetico continui a passare importa poco. Il centro di questo argomento è che il campo elettrico attraverso una parete di rame non passa di sicuro. A questo riguardo nel tuo post c'è una frase interessante "ricreerà un campo elettrico". Vuoi dire che appena superata la parete di rame il campo magnetico ricrea un campo elettrico? Sembra davvero una ipotesi interessante e forse è proprio la soluzione cercata. Buon Natale!

[MarcoD]

Contaccambio il Buon Natale! Theremino , augurio esteso a tutti i lettori.
Il nome Theremino, a parte la desinenza e lo sviluppo del sistema Theremino, e la località Ivrea, ha qualche collegamento con Banzi e il sistema Arduino ???

[Theremino]

Grazie della domanda che mi permette di chiarire questo aspetto. No, nessuno di noi conosce Banzi e gli altri creatori di Arduino. Anni fa Banzi ci ha scritto una mail, congratulandosi con la nostra idea e gli abbiamo risposto, ma non abbiamo più ricevuto risposta. Gli abbiamo scritto nuovamente per offrire sostegno quando gli americani gli hanno rubato il nome, ma anche in quel caso non ci ha risposto. Probabilmente Banzi è troppo occupato con i problemi commerciali e non ha tempo per leggere la posta, o ne riceve troppa. La strada che abbiamo scelto noi, anche vedendo i suoi problemi, è invece di mantanerci completamente distaccati dai "fini di lucro".

Il sistema theremino non è un clone di Arduino e non è un microcontrollore programmabile ma un dispositivo di ingresso uscita come un mouse. Si cambia il suo comportamento configurando i suoi InOut, così come si fa per regolare la velocità di movimento del mouse, senza riprogrammare ogni volta il firmware per ogni nuovo compito.

La somiglianza con Arduino si limita ad alcuni aspetti:
- La forma dei moduli di InOut che assomigliano ai cloni di Arduino.
- La presenza di un micro controllore.
- Il nome Theremino assomiglia ma non deriva da Arduino, nemmeno inconsciamente. Questo molti non lo crederanno, ma è la verità. Quando scegliemmo il nome Arduino non era conosciuto come adesso, per cui nessuno di noi era al corrente della sua esistenza e il nome si riferisce solo, a Leon Theremin e all’Input Output. (theremino è un acronimo che sta per The-Real-Modular-In-Out).

I principi di base del sistema Theremino sono spiegati in questa pagina:
http://www.theremino.com/contacts/the-theremino-mission

Qui c'è una tabella comparativa con Arduino:
http://www.theremino.com/#arduino

E questo articolo spiega tutto il resto:
http://www.electroyou.it/theremino/wiki ... ino-system

[IsidoroKZ]

Ci penserò per vedere se riesco a risponderti anch'io. Per il momento passo la palla ad IsidoroKZ...

Non saprei rispondere a questa domanda, per alcune buone ragioni. La prima e` che e` una domanda estremamente complicata, la seconda e` che non so a che livello rispondere, e la terza e` che non sono uno specialista della teoria dei campi elettromagnetici, anche se ci ho a che fare per problemi rognosi.

Come e` gia` stato detto, non ci sono onde elettriche o onde magnetiche, ma onde elettromagnetiche che sono descritte dalle equazion di Maxwell, riportate nel messaggio [12].

Queste dicono che nel vuoto lontano dalla sorgente il vettore E ed il vettore H sono vettori perpendicolari nello spazio, in fase temporalmente, e hanno moduli proporzionali fra di loro, con rapporto delle ampiezze |E|/|H|=377ohm circa (una volta si diceva 120π ohm). Questo valore del rapporto fa si` che la densita` di energia associata al campo elettrico sia uguale alla densita` di energia associata al campo magnetico.

Inoltre in queste condizioni il campo (sia E che H) diminuisce in modo inversamente proporzionale alla distanza dalla sorgente. Si e` in presenza di un'onda di tipo sferico che localmente puo` essere approssimata con un'onda piana.

Le cose cambiano drasticamente se ci si avvicina alla sorgente. Il campo (sia E che H) diventa molto piu` complicato, sia come ampiezza che come direzione: oltre al termine in 1/r ci sono termini in 1/r^2 e 1/r^3. Inoltre, i termini presenti e la loro fase dipende dal tipo di sorgente (dipolo elettrico elementare o loop magnetico elementare).

In vicinanza dell'antenna non e` piu` vero che i due campi sono perpendicolari fra di loro, in fase e con rapporto E/H costante. Se l'antenna e` "elettrica", ad esempio un dipolino, allora in generale il rapporto E/H diventa maggiore, anche di molto, dei 377ohm di prima, e l'impedenza cambia con la distanza, perche' i vari termini del campo decadono a velocita` diverse (1/r^2 e 1/r^3). NON si puo` dire che in vicinanza di un dipolo elettrico c'e` un'onda elettromagnetica con impedenza elevata che trasporta potenza, perche' i termini in 1/r^2 e 1/r^3 sono termini reattivi, fuori fase fra E ed H non trasmettono potenza, la palleggiano solo. Pero` se ci si mette un questa regione, il campo E puo` essere decisamente elevato e dare problemi di disturbi elettromagnetici (ad esempio telefonino vicino ad un amplificatore audio).

La cosa duale capita quando la sorgente e` un dipolo magnetico elementare (un loop): vicino all'antenna il rapporto E/H e` molto minore di 377 ohm, e valgono le stesse considerazioni fatte prima, ma in forma duale.

Gli andamenti dei campi vicini (near field) di una antenna elettrica e di una magnetica sono in figura 1 e 2 di questa pagina. Come di vede le espressioni sono parecchio incasinate. In figura 3 della stessa pagina c'e` l'impedenza di onda in campo da vicino a lontano: si vede che oltre una certa distanza i termini di ordine elevato non hanno piu` importanza e rimangono solo i termini in 1/r. Qui c'e` l'analisi del campo vicino delle sorgenti, con la derivazione delle espressioni del precedente documento.

Fin qua era la parte facile. Quella difficile e` calcolare l'effetto di uno schermo elettrico sul campo magnetico di un dipolo magnetico in zona vicina. Anzi non e` difficile, e` un vero casino. La ragione e` che il campo magnetico induce nel conduttore una corrente che cancella il campo incidente, cancellazione tanto migliore quanto maggiore e` la conducibilita` del metallo. Invece i due meccanismi standard con cui funzionano gli schermi in generale (riflessione e assorbimento) per i campi magnetici a bassa frequenza sono poco efficaci: riuscire a valutare il risultato complessivo essenzialmente richiede la soluzione numerica del problema.

[Theremino]

Grazie! La tua "non risposta" è del tutto soddisfacente. Anzi, è un'ottima risposta proprio perché non potendo rispondere, non hai riempito dieci pagine di formule. Quello che mi serviva era "capire" in modo spannometrico, non avere pagine di formule da usare per calcolare i campi fino al 15 decimale (per fare questo non userei comunque formule ma matrici e tabelle).

Quello che è stato realmente risolutivo nella tua risposta è il concetto di "lontano dalla sorgente", una premessa che ha permesso a Maxwell, Marconi e compagni di semplificare le formule , fare i loro calcoli con penna e carta, costruire trasmettitori, ricevitori e antenne e preparare le basi di tutto il nostro mondo.

Queste loro formule sono state cosi utili, e cosi ripetute in tutti i libri di scuola, da assumere una solidità reale e creare dal nulla un quasi oggetto "il campo elettromagnetico". Se però si vanno a scoprire le carte, come abbiamo fatto con questo esempio, ci si accorge che questo campo elettromagnetico con le sue belle proprietà (impedenza di 377 ohm ad esempio) non esiste mai, dato che il "lontano dalla sorgente" non è mai veramente vero (si dovrebbe andare all'infinito).

Questo è il pericolo creato dalle formule! Le formule non sono la realtà, mancano sempre alcuni termini "trascurabili". Ma ugualmente, troppo spesso, le si insegnano come se fossero l'unica verità reale. Anzi una verità addirittura più reale della realtà stessa! In questo stesso thread qualcuno mi ha addirittura scritto che solo con le formule avrei potuto "capire".

E questo è il motivo per cui diffido sempre delle spiegazioni matematiche non sostenute da una buna dose di spannometricità.

Grazie ancora, la tua precisa risposta mi ha sistemato alcune rotelline che giravano un po' storte da gran tempo

[MarcoD]

Se però si vanno a scoprire le carte, come abbiamo fatto con questo esempio, ci si accorge che questo campo elettromagnetico con le sue belle proprietà (impedenza di 377 ohm ad esempio) non esiste mai, dato che il "lontano dalla sorgente" non è mai veramente vero (si dovrebbe andare all'infinito).

Permettermi di dissentire moderatamente, , dipende da quanto vuoi avvicinarti al limite per avere una impedenza prossima a 377 ohm, per esempio 376 errore di circa 0,2 %,, basta allontanarsi di circa 10 lunghezze d'onda dalla sorgente.

[Theremino]

...non ci sono onde elettriche o onde magnetiche, ma onde elettromagnetiche che sono descritte dalle equazion di Maxwell...

Ci tengo ad aggiungere un particolare... questo mio insistere sulle onde elettriche e quelle magnetiche ha addirittura fatto arrabbiare qualcuno. La mia "cecità matematica" e il mio continuo riproporle li ha portati anche a mettermi dei punti negativi. Per cui vorrei spendere due parole in loro difesa.

E assolutamente vero che "non esistono onde elettriche o onde magnetiche" ma allora, e con le stesse motivazioni, non esistono nemmeno le onde elettromagnetiche.

1) Le "onde elettromagnetiche" esistono solo "lontano dalla sorgente", ma "lontano" non vuol dire niente per cui sarebbe meglio dire "a distanza infinita", cosa che nella realtà non si verifica mai, per cui non esistono.

2) Le "onde elettriche e magnetiche" esisterebbero solo a distanza "infinitamente piccola" dalla sorgente, cosa che nella realtà non si verifica mai, per cui non esistono nemmeno loro.

Bene, ora che le abbiamo sterminate tutte e non esiste più niente, vediamo cosa sono realmente queste tre "onde". Secondo me sono semplicemente tre casi particolari quando si portano al limite le condizioni sperimentali. A distanza infinitamente lontana ci sono le "onde elettromagnetiche", e a distanza infinitamente vicina ci sono le "onde elettriche" e le "onde magnetiche" o meglio, i "campi elettrici" e "campi magnetici". Ma attenzione che sono tutte solo parole, nessuna di loro ha una esistenza reale!

[Theremino]

Permettermi di dissentire moderatamente, , dipende da quanto vuoi avvicinarti al limite per avere una impedenza prossima a 377 ohm, per esempio 376 errore di circa 0,2 %,, basta allontanarsi di circa 10 lunghezze d'onda dalla sorgente.

Quello che dici fa parte dei problemi di ingegnerizzazione pratica. Ma qui stiamo parlando di concetti della fisica delle onde, non di metodi per fare conti approssimativi.