Il campo elettromagnetico è un [[campo vettoriale]] che rappresenta la combinazione di un [[Campo elettrico|campo elettrico]] e un [[Campo magnetico|campo magnetico]].
Questi due campi sono strettamente correlati e si influenzano reciprocamente, come descritto dalle [[Equazioni di Maxwell]].
Insieme, $\vec{E}$ e $\vec{B}$ formano il **campo elettromagnetico**, che si propaga nello spazio sotto forma di [[Onde elettromagnetiche]]
#### Caratteristiche del campo elettromagnetico
Il campo elettromagnetico non solo descrive le forze elettriche e magnetiche, ma possiede anche proprietà fisiche come **energia**, **quantità di moto** e **momento angolare**.
Queste caratteristiche sono essenziali per comprendere fenomeni come la pressione di radiazione, l'interazione luce-materia e la propagazione delle onde elettromagnetiche.
##### Energia elettromagnetica
Il campo elettromagnetico trasporta energia, che può essere trasferita a cariche elettriche o materiali. L'energia è distribuita nello spazio e può essere descritta dalla **densità di energia elettromagnetica**.
**Densità di energia elettromagnetica:**
La densità di energia u del campo elettromagnetico è data dalla somma delle densità di energia del campo elettrico e del campo magnetico:
$u = \frac{1}{2} \epsilon_0 E^2 + \frac{1}{2} \frac{B^2}{\mu_0}$
dove:
- \epsilon_0 è la costante dielettrica del vuoto,
- \mu_0 è la permeabilità magnetica del vuoto,
- E è l'intensità del campo elettrico,
- B è l'intensità del campo magnetico.
**Flusso di energia:**
L'energia elettromagnetica si propaga nello spazio sotto forma di onde. Il flusso di energia è descritto dal **vettore di Poynting** $\vec{S}$, che rappresenta la potenza per unità di area trasportata dall'onda:
$\vec{S} = \frac{1}{\mu_0} (\vec{E} \times \vec{B})$
La direzione del vettore di Poynting indica la direzione di propagazione dell'energia.
**Esempio pratico:** Nelle onde elettromagnetiche, come la luce, l'energia viene trasportata attraverso lo spazio e può essere assorbita o riflessa dai materiali.
##### Quantità di moto elettromagnetica
Il campo elettromagnetico trasporta anche quantità di moto, che può essere trasferita a oggetti materiali. Questo fenomeno è alla base della **pressione di radiazione**.
**Densità di quantità di moto:**
La densità di quantità di moto $\vec{g}$ del campo elettromagnetico è legata al vettore di Poynting:
$\vec{g} = \frac{\vec{S}}{c^2}$
dove \(c\) è la velocità della luce nel vuoto.
**Pressione di radiazione:**
Quando un'onda elettromagnetica colpisce una superficie, esercita una forza per unità di area, nota come pressione di radiazione. Per un'onda completamente assorbita, la pressione di radiazione (\(P\)) è data da:
$P = \frac{I}{c}$
dove \(I\) è l'intensità dell'onda (potenza per unità di area).
**Esempio pratico:** La pressione di radiazione è sfruttata nelle vele solari, che utilizzano la luce solare per propellere veicoli spaziali senza bisogno di carburante.
##### Momento angolare elettromagnetico
Il campo elettromagnetico può trasportare momento angolare, che è una misura della rotazione del campo attorno a un asse. Questo momento angolare può essere trasferito a particelle o materiali, influenzandone il moto rotatorio.
**Momento angolare orbitale (OAM):**
Le onde elettromagnetiche possono possedere momento angolare orbitale, che è associato alla struttura a spirale del fronte d'onda. Questo tipo di momento angolare è utilizzato in ottica e comunicazioni quantistiche.
**Momento angolare di spin:**
Il momento angolare di spin è associato alla polarizzazione dell'onda elettromagnetica. Ad esempio, la luce polarizzata circolarmente trasporta momento angolare di spin.
**Trasferimento di momento angolare:**
Quando un'onda elettromagnetica interagisce con un materiale, può trasferire momento angolare, causando la rotazione del materiale. Questo fenomeno è sfruttato in dispositivi come le pinzette ottiche, che utilizzano la luce per manipolare particelle microscopiche.
**Esempio pratico:** Nelle pinzette ottiche, fasci laser polarizzati circolarmente possono far ruotare micro-oggetti, come cellule o particelle colloidali.
#### Visuals
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[The Electromagnetic field](https://youtu.be/XoVW7CRR5JY?si=esqCZjKDE0gj64hs)