Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche

Le equazioni di Maxwell riassumono in quattro relazioni tutto l'elettromagnetismo classico e sono il punto d'arrivo del programma di fisica del quinto anno del liceo scientifico. Da esse discende una delle previsioni più importanti della storia della fisica: l'esistenza di onde elettromagnetiche che viaggiano alla velocità della luce. Questo materiale ti aiuta a ripassare il percorso in modo ordinato, collegando le leggi ai fenomeni.

Si parte dal campo elettrico indotto da un campo magnetico variabile, con linee chiuse e circuitazione diversa da zero, e dalla corrente di spostamento, che Maxwell introdusse per rendere coerente il teorema di Ampère nel caso di un condensatore in carica. Si passa poi al significato fisico delle quattro equazioni, dalle cariche come sorgenti del campo elettrico all'assenza di monopoli magnetici.

La seconda parte riguarda le onde elettromagnetiche: come nascono dai campi che si generano a vicenda, il calcolo della velocità $c=1\mathrm{/}\sqrt{{\epsilon }_0{\mu }_0}$, le proprietà di un'onda piana (campi perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione, in fase, con $E=cB$), la relazione $c=\lambda f$, l'intensità e la sua dipendenza dal quadrato dell'ampiezza, lo spettro elettromagnetico con le applicazioni di ciascuna banda, gli esperimenti di Hertz e la polarizzazione con la legge di Malus. La legge di Faraday-Neumann, la legge di Lenz e il trasformatore restano nel materiale dedicato all'induzione elettromagnetica.

Il materiale offre un quiz con domande di calcolo e domande concettuali, ciascuna con i dati e le costanti nel testo e una spiegazione del procedimento; un mazzo di flashcard con le equazioni, le relazioni e le definizioni da memorizzare; una prova scritta da stampare con otto domande aperte e problemi, dal condensatore in carica alla luce che attraversa tre polarizzatori; e un'interrogazione orale in cui l'esaminatore ti fa una domanda alla volta e ti chiede di spiegare il significato delle leggi.

Il livello è quello del quinto anno del liceo scientifico. Gli esercizi sono originali e i distrattori del quiz riproducono errori tipici, come moltiplicare invece di dividere per $c$, applicare la legge di Malus alla luce non polarizzata o confondere l'ordine delle bande dello spettro. Puoi usarlo per un ripasso completo o per rivedere un singolo argomento.

• Descrivere il campo elettrico indotto e distinguerlo dal campo elettrostatico
• Spiegare perché Maxwell introdusse la corrente di spostamento
• Enunciare le quattro equazioni di Maxwell e il loro significato fisico
• Calcolare la velocità delle onde elettromagnetiche da $\varepsilon_0$ e $\mu_0$
• Applicare $E = cB$, $c = \lambda f$ e la relazione tra intensità e ampiezza
• Ordinare le bande dello spettro elettromagnetico e associarle ai loro usi
• Applicare la legge di Malus anche a più polarizzatori

Materiale di esercitazione elaborato da Zestly.