COSA SONO I CAMPI ELETTROMAGNETICI?

Sorgenti naturali di campi elettromagnetici
Sorgenti di campi elettromagnetici create dall'uomo
Nozioni di base sulla lunghezza d'onda e la frequenza
Campi elettromagnetici a bassa frequenza
Campi elettromagnetici ad alta frequenza
Punti chiave

I campi elettromagnetici sono presenti ovunque nel nostro ambiente ma sono invisibili all'occhio umano. I campi elettrici sono prodotti dall'accumulo localizzato di cariche elettriche nell'atmosfera, associato con i temporali. Il campo magnetico terrestre provoca l'orientamento dell'ago della bussola in direzione Nord-Sud ed è usato dagli uccelli e dai pesci per le loro migrazioni.

Oltre alle sorgenti naturali, lo spettro elettromagnetico include anche i campi generati dalle sorgenti create dall'uomo: i raggi-X sono utilizzati per diagnosticare la frattura di un arto a seguito di un incidente sportivo. L'elettricità distribuita da ogni presa elettrica è associata a campi elettromagnetici a bassa frequenza. Inoltre, nelle telecomunicazioni sono utilizzati vari tipi di onde radio a più alta frequenza, per esempio nelle emittenti TV e radiofoniche e nelle stazioni radio base della telefonia mobile.

Cosa rende così differenti i vari tipi di campi elettromagnetici?

La frequenza (o la corrispondente lunghezza d'onda) è una delle principali caratteristiche che definiscono un campo elettromagnetico (CEM). Campi a diversa frequenza interagiscono con il corpo umano con modalità differenti. Possiamo immaginare le onde elettromagnetiche come una serie di onde regolari che viaggiano ad una velocità elevatissima: la velocità della luce. La frequenza descrive semplicemente il numero di oscillazioni o cicli per secondo, mentre il termine lunghezza d'onda descrive la distanza fra un'onda e la successiva. Quindi, lunghezza d'onda e frequenza sono strettamente correlate: più alta è la frequenza, più corta è la lunghezza d'onda.

Una semplice analogia potrebbe essere di aiuto per comprendere questo concetto. Si leghi una lunga corda alla maniglia di una porta e si tenga stretto in mano l'altro estremo. Muovendolo su e giù lentamente si crea una grande onda singola; movimenti più rapidi produrranno una serie di onde più piccole. La lunghezza della corda rimane costante, perciò più onde si creano (frequenza più alta) più corta diventa la distanza tra loro (lunghezza d'onda minore).

Qual è la differenza tra campi elettromagnetici non ionizzanti e radiazioni ionizzanti?

Lunghezza d'onda e frequenza determinano un'altra importante caratteristica dei campi elettromagnetici: le onde elettromagnetiche sono trasportate da particelle chiamate quanti. I quanti di onde con frequenza più alta (lunghezza di onda minore) trasportano più energia dei campi di frequenza più bassa (lunghezza d'onda maggiore). Alcune onde elettromagnetiche contengono così tanta energia per quanto che sono capaci di rompere i legami tra le molecole. Nello spettro elettromagnetico, i raggi gamma emessi dai materiali radioattivi, i raggi cosmici ed i raggi-X presentano questa proprietà e sono chiamati "radiazioni ionizzanti". I campi i cui quanti sono insufficienti per rompere i legami molecolari si chiamano "radiazioni non ionizzanti". Le sorgenti di campi elettromagnetici create dall'uomo che hanno un ruolo fondamentale nella società industrializzata - elettricità, microonde e campi a radiofrequenza - si collocano, nello spettro elettromagnetico, verso l'estremità delle lunghezza d'onda grandi e delle basse frequenze ed i loro quanti non sono capaci di rompere i legami chimici.

I campi elettrici esistono quando è presente una carica elettrica positiva o negativa. Essi esercitano delle forze sulle altre cariche presenti all'interno del campo. L'intensità del campo elettrico si misura in volt per metro (V/m). Qualsiasi conduttore elettrico carico produce un campo elettrico associato. Questo campo esiste anche quando nel conduttore non scorre alcuna corrente. Più alta è la tensione, più intenso è il campo elettrico ad una data distanza dal conduttore.

I campi elettrici sono più intensi in prossimità di una carica o di un conduttore carico e la loro intensità diminuisce rapidamente allontanandosi da essi. Conduttori come i metalli li schermano efficacemente. Altri materiali, come materiali edili ed alberi, hanno proprietà schermanti. Quindi, i campi elettrici originati dagli elettrodotti esterni alle case vengono attenuati dalle pareti, dagli altri edifici e dagli alberi. Quando gli elettrodotti sono interrati, i campi elettrici alla superficie sono appena percettibili.

I campi magnetici sono generati dal movimento delle cariche elettriche. L'intensità del campo magnetico si misura in ampere per metro (A/m); di solito però, nella ricerca sui campi elettromagnetici, gli scienziati specificano piuttosto una grandezza correlata, la densità di flusso (misurata in microtesla, µT). Al contrario del campo elettrico, un campo magnetico viene generato soltanto quando viene acceso un apparecchio elettrico e quindi scorre della corrente. Più alta è la corrente, maggiore risulta l'intensità del campo magnetico.

Come i campi elettrici, i campi magnetici sono più intensi in prossimità della sorgente e diminuiscono rapidamente all'aumentare della distanza da essa. I campi magnetici non sono schermati dai materiali comuni, come le pareti degli edifici.

Campi elettrici

Inserire una spina in una presa elettrica crea dei campi elettrici nello spazio circostante l'apparecchio. Più alta è la tensione, più intenso è il campo prodotto. Dato che la tensione può esistere anche quando non scorre corrente, non è necessario che l'apparecchio sia acceso perché nella stanza esista un campo elettrico.

(Per gentile concessione del National Radiological Protection Board del Regno Unito)

Campi magnetici

I campi magnetici vengono generati solamente quando scorre una corrente elettrica. In questo caso, nell'ambiente coesistono campi magnetici e campi elettrici. Più forte è la corrente, più intenso è il campo magnetico. Mentre per la trasmissione e la distribuzione dell'elettricità vengono usate tensioni elevate, nelle case si impiegano tensioni relativamente basse. Le tensioni utilizzate negli impianti per la trasmissione dell'energia elettrica variano poco da un giorno all'altro, mentre le correnti variano secondo il consumo di elettricità.

(Per gentile concessione del National Radiological Protection Board del Regno Unito)

I campi elettrici cessano di essere presenti intorno al cavo di un apparecchio solo quando l'apparecchio viene staccato dalla spina o spento dall'interruttore a parete. Essi continuano però ad esistere intorno al cavo nella parete.

(Per gentile concessione del National Radiological Protection Board del Regno Unito)

In cosa differiscono i campi statici dai campi variabili nel tempo?

Un campo statico non cambia nel tempo. Una corrente continua (DC, dall'inglese direct current) è una corrente elettrica che scorre in una sola direzione. In qualsiasi apparecchio funzionante a batteria, la corrente scorre dalla batteria all'apparecchio e poi ritorna alla batteria. Questo genera un campo elettrico statico. Anche il campo magnetico della terra è un campo statico. Lo stesso vale per il campo magnetico intorno a una calamita, che può essere visualizzato osservando il disegno che si forma spargendo della limatura di ferro intorno ad essa.

Al contrario, le correnti alternate (AC, dall'inglese alternating current) generano campi elettromagnetici variabili nel tempo. Le correnti alternate invertono la loro direzione ad intervalli regolari. Nella maggioranza dei Paesi europei l'elettricità cambia direzione con una frequenza di 50 cicli al secondo o 50 hertz (Hz). Allo stesso modo, il campo elettromagnetico ad essa associato cambia il suo orientamento 50 volte ogni secondo. L'elettricità nel Nord America ha una frequenza di 60 Hertz.

Quali sono le principali sorgenti di campi a bassa, intermedia ed alta frequenza?

I campi elettromagnetici variabili nel tempo originati dagli apparecchi elettrici sono un esempio di campi a frequenza estremamente bassa (ELF, dall'inglese Extremely Low Frequency). I campi ELF hanno in genere frequenze fino a 300 Hz. Altre tecnologie producono campi a frequenza intermedia (IF, dall'inglese intermediate frequency), con frequenze da 300 Hz a 10 MHz e campi a radiofrequenza (RF), con frequenze da 10 MHz a 300 GHz. Gli effetti dei campi elettromagnetici sull'organismo umano dipendono non solo dal livello dei campi, ma anche dalla loro frequenza ed energia. Gli impianti che ci forniscono energia elettrica e tutti gli apparecchi che usano l'elettricità sono le principali sorgenti di campi ELF; gli schermi dei computer, gli impianti antifurto ed i sistemi di sicurezza sono le principali sorgenti dei campi IF; la radio, la televisione, le antenne radar e dei telefoni cellulari ed i forni a microonde sono le principali sorgenti di campi RF. Questi campi inducono correnti nel corpo umano, che a determinati livelli possono causare una serie di effetti come riscaldamento e shock elettrico, a seconda della loro ampiezza e frequenza. (Comunque, per produrre tali effetti, i campi all'esterno dell'organismo devono essere molto intensi, di gran lunga più intensi di quelli normalmente presenti negli ambienti di vita.)

Telefoni cellulari, trasmettitori radio-TV e radar generano campi RF. Questi campi sono utilizzati per trasmettere informazioni a grande distanza e costituiscono la base delle telecomunicazioni e delle trasmissioni radiotelevisive in tutto il mondo. Le microonde sono campi RF ad alta frequenza, nella regione dei GHz. Nei forni a microonde, le utilizziamo per riscaldare il cibo velocemente.

Alle radiofrequenze, i campi elettrici e i campi magnetici sono strettamente correlati; di solito la loro intensità si esprime per mezzo della densità di potenza, che si misura in watt per metro quadro (W/m²).

1. Lo spettro elettromagnetico comprende sia sorgenti naturali di campi elettromagnetici sia sorgenti create dall'uomo.
2. La frequenza e la lunghezza d'onda descrivono il campo elettromagnetico. In un'onda elettromagnetica, queste due grandezze sono direttamente correlate: più alta è la frequenza, più piccola la lunghezza d'onda.
3. Le radiazioni ionizzanti come i raggi X ed i raggi gamma sono costituite da fotoni che trasportano energia sufficiente a rompere i legami molecolari. I fotoni delle onde elettromagnetiche a frequenza industriale e a radiofrequenza trasportano un'energia molto più bassa, che non ha questa capacità.
4. I campi elettrici esistono quando è presente una carica elettrica e si misurano in volt per metro (V/m). I campi magnetici sono generati dal flusso di corrente. La loro densità di flusso si misura in microtesla (µT) o millitesla (mT).
5. Alle radiofrequenze ed alle microonde, i campi elettrici ed i campi magnetici sono considerati insieme come i due componenti di un'onda elettromagnetica. La densità di potenza, misurata in watt per metro quadro (W/m²), descrive l'intensità di questi campi.
6. Le onde elettromagnetiche a bassa e ad alta frequenza influenzano il corpo umano in modo diverso.
7. Gli impianti che forniscono energia elettrica e gli elettrodomestici sono le più comuni sorgenti di campi elettrici e magnetici a bassa frequenza nel nostro ambiente di vita quotidiana. Le sorgenti più comuni di campi elettromagnetici a radiofrequenza sono gli impianti di telecomunicazione, le antenne per la diffusione radio-TV e i forni a microonde.

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