Cosa sono i CEM. Scopo del corso. Un introduzione ai concetti dell elettromagnetismo

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1 Cosa sono i CEM Un intoduzione ai concetti dell elettomagnetismo Scopo del coso Lo scopo di questo coso è quello di fonie ai patecipanti un insieme di conoscenze scientifiche, tecniche, potezionistiche e legislative in modo tale da potesi oientae ta le numeose e spesso contastanti infomazioni disponibili sull agomento. 1

2 Oganizzazione del coso 1) Intoduzione ai concetti fisici 2) Cosa dice la nomativa + misue 3) Discussione di aticoli compasi sui gionali ed eventuali espeienze da popoe in classe Il concetto di campo (1) I campi elettomagnetici sono campi vettoiali: in ogni punto della pozione di spazio che stiamo consideando è definita una popietà tamite un vettoe. 2

3 Il vettoi I vettoi sono oggetti matematici definiti da modulo (la lunghezza del vettoe) diezione (la etta che contiene il vettoe) veso (l oientazione) Foza, velocità e acceleazione sono tipiche gandezze vettoiali Il concetto di campo (2) La popietà di cui si pala è la capacità di agie, cioè di esecitae una foza sugli oggetti dotati di caica elettica. 3

4 Cosa genea un campo elettico Il campo elettico è geneato dalla caica elettica, che è una delle popietà fondamentali della mateia. La mateia è fomata da atomi e gli atomi sono fomati da un guscio di elettoni negativi e da un nucleo di potoni positivi (ci sono anche i neutoni). Foza ta due caiche F = 1 4πε 0 Q Q Campo elettico Campo gavitazionale F = G M1M 2 2 4

5 Campo di una caica puntifome E = 1 4πε 0 Q s 2 Definizione di campo elettico (1) F = q p E Su una caica di pova q p viene esecitata una foza F popozionale alla caica stessa ed al campo elettico E pesente in quel punto Il concetto di campo è stato intodotto pe evitae quello di azione a distanza 5

6 Alcuni esempi E ben noto che caiche elettiche dello stesso segno si espingono caiche elettiche di segno opposto si attaggono Il dipolo elettico (1) Una caica positiva ed una negativa poste ad una ceta distanza d fomano un dipolo elettico L acqua è una molecola polae 6

7 Momento di dipolo Il campo elettico agisce sui dipoli elettici cecando di allineali nella popia diezione Il campo magnetico agisce sui dipoli magnetici cecando di allineali nella popia diezione p = q d Il campo magnetico (1) Un campo magnetico esecita una foza sulle caiche in movimento secondo la elazione F = qv B 7

8 Il campo magnetico (2) Le caiche in movimento geneano un campo magnetico Fili pecosi da coente si attaggono o si espingono a seconda che le coenti siano di veso opposto o nello stesso veso La legge di Faaday Ai capi di una spia conduttice si genea una foza elettomotice pai a meno la deivata ispetto al tempo del flusso del campo B attaveso la supeficie della spia E lo stesso pincipio alla base degli stumenti di misua dei campi ELF 8

9 Le equazioni di Maxwell James Clek Maxwell, A Teatise on Electicity and Magnetism, 1873 Le onde elettomagnetiche (1) Un campo elettico che vaia nel tempo genea un campo magnetico che vaia nel tempo Un campo magnetico che vaia nel tempo genea un campo elettico che vaia nel tempo 9

10 Le onde elettomagnetiche (2) Le onde si popagano nel vuoto alla velocità della luce, che è costante in tutti i sistemi di ifeimento c = 1 µ ε m/s Le onde elettomagnetiche (3) Pe le onde elettomagnetiche nel vuoto vale sempe la elazione c = λ υ 10

11 Lo spetto elettomagnetico (1) Lo spetto elettomagnetico (2) Qualche esecizio calcoliamo: la lunghezza d onda di un campo elettomagnetico a 50 Hz la lunghezza d onda di una delle noste adio pefeite la lunghezza d onda di un segnale GSM la lunghezza d onda di un segnale UMTS 11

12 La elazione ta fequenza ed enegia Nell inteazione con la mateia occoe consideae anche l aspetto copuscolae delle adiazioni L enegia di un fotone è data dalla elazione E = h υ La costante di Planck La costante h è pai a x10-34 ± 4.0x10-40 J s x10-15 ± 1.2x10-21 ev s 12

13 Radiazioni ionizzanti o non ionizzanti? Facciamo un po di confonti sapendo che: La ottua del legame idogeno è ev Il cambio di confomazione evesibile delle poteine è di cica 0.4 ev La ottua del legame covalente è di cica 5 ev L enegia di ionizzazione è di cica 10 ev L enegia temica delle molecole La scala di enegia dovuta all agitazione temica delle molecole è data dal podotto k B T dove kb è la costante di Boltzmann e vale ev K -1 13

14 Popietà elettiche della mateia L inteazione dei campi elettici, magnetici ed elettomagnetici nel ange ta 0 e 300 GHz con la mateia è basata pincipalmente su due popietà elettiche: la conducibilità elettica (è l inveso della esistività) σ la costante di dielettica elativa ε Conducibilità (1) Maggioe è la conducibilità, più i potatoi di caica (elettoni e ioni) sono libei di muovesi 14

15 Conducibilità (2) Coente di conduzione All inteno del copo umano si genea una densità di coente indotta, in fase con il campo, dovuta al movimento delle caiche libee J = σ E 15

16 Costante dielettica elativa La costante dielettica elativa espime quanto un campo elettico iesce a polaizzae un mateiale (ispetto al vuoto) Meccanismi di polaizzazione (1) Esistono 4 meccanismi di polaizzazione: Polaizzazione atomica Polaizzazione molecolae Polaizzazione pe oientamento Polaizzazione pe caica spaziale Dal punto di vista potezionistico i più impotanti sono gli ultimi 2 16

17 Meccanismi di polaizzazione (2) Coente di polaizzazione All inteno del copo umano si genea una densità di coente dovuta al movimento delle caiche non libee a causa della polaizzazione indotta dal campo. Questa coente è sfasata ispetto al campo ed aumenta con la fequenza secondo la elazione J = ω ε 0 ε E 17

18 Nella ealtà le cose peò sono più complicate poiché sia la conducibilità elettica σ che la costante di dielettica elativa ε vaiano con la fequenza del campo incidente ed a seconda del tipo di tessuto biologico in consideazione. Tipologia di tessuto biologico La caatteistica più impotante è il contenuto d acqua (l acqua è polae), pe cui si distinguono Tessuti ad altissimo contenuto d acqua (90%o più): sangue, liquido ceebospinale e alti liquidi oganici Tessuti ad alto contenuto d acqua (80% cica): pelle, muscolo, cevello e ogani inteni quali eni, fegato,milza etc. Tessuti a basso contenuto d acqua (50% o meno): gasso, tendini e ossa 18

19 Andamento in funzione della fequenza Conclusioni (pe oggi!) La capacità della adiazione di penetae all inteno del copo umano dipende dalla fequenza e dalle popietà elettiche delle divese pati dell oganismo a quella fequenza. 19

20 Pe sapene di più teal_tou.htm (filmati) (libo scaicabile in fomato pdf che contiene una tattazione appofondita di tutti gli agomenti del coso) Relatività solo un accenno! Cosa vede un ossevatoe solidale con un sistema di ifeimento che si muove lungo un filo pecoso da coente alla stessa velocità della coente? Pe questo ossevatoe il filo è neuto Gli effetti delle foze peò non possono dipendee dal sistema di ifeimento! I campi E e B sono elativi al sistema di ifeimento e possono tasfomasi l uno nell alto pe ossevatoi solidali a sistemi di ifeimento ineziali in moto ecipoco 20