Le equazioni nel vuoto e la nascita delle onde

In una regione di spazio senza cariche e senza correnti ($Q_\text{int} = 0$ e $i_\text{conc} = 0$), le quattro equazioni di Maxwell si semplificano notevolmente:

$\begin{aligned} \Phi_E &= 0 & \Phi_B &= 0 \\ \Gamma_E &= -\frac{d\Phi_B}{dt} & \Gamma_B &= \varepsilon_0\mu_0\,\frac{d\Phi_E}{dt} \end{aligned}$

Nel vuoto le due equazioni della circuitazione diventano quasi simmetriche: un $\vec{E}$ variabile produce $\vec{B}$, e un $\vec{B}$ variabile produce $\vec{E}$. Da questa reciprocità nasce un’idea rivoluzionaria.

Principio — Esistenza delle onde elettromagnetiche

Nel vuoto, un campo $\vec{E}$ che cambia nel tempo genera un campo $\vec{B}$, che a sua volta, cambiando, genera un nuovo $\vec{E}$, e così via all’infinito. Questa catena auto-sostenuta di induzioni è un’onda elettromagnetica che si propaga nel vuoto, senza bisogno di alcun mezzo materiale.

È il punto di svolta di tutto il capitolo: i campi non hanno più bisogno di cariche o correnti che li mantengano. Una volta innescata, la perturbazione dei campi si stacca dalla sorgente e viaggia da sola. Resta da capire quanto velocemente viaggia — e la risposta, sorprendente, coincide con la velocità della luce.

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Argomenti: Onde elettromagnetiche Concetti: Equazioni di Maxwell · Onda elettromagnetica

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