Campi elettrici e magnetici di ogni giorno.

Campo elettrico statico.

Vediamo come si manifestano nella vita quotidiana i campi elettrici e magnetici. Iniziamo dal campo elettrico statico e dalle sue sorgenti, le cariche elettriche.

Valori tipici di campi elettrostatici:

(fonte: istituto Katalyse)

Nell'atmosfera esiste un campo elettrico continuo. Ciò è dovuto al fatto che a 70 km di altezza dalla superficie terrestre si trova uno strato di atmosfera che è sempre caricato negativamente. Tale carica si mantiene perché è continuamente rinnovata dagli attriti con altri strati d'aria. Con cielo sereno si ha un campo elettrico di circa 130 V/m in prossimità della superficie terrestre. Le linee di forza di questo campo seguono i contorni degli oggetti che si trovano al suolo, concentrandosi su di essi.

Il campo elettrostatico penetra poco in profondità nel corpo umano. Infatti una persona che si trova immerso in un campo elettrico esterno acquisisce una carica sulla superficie del proprio corpo che genera, a sua volta, un campo elettrico opposto e della stessa grandezza. Avviene quindi una compensazione del campo esterno a livello superficiale.

Gli ioni liberi dell’aria.

Se leggete l’etichetta di una qualsiasi acqua minerale, trovate una lunga lista di particelle in essa contenute chiamate "ioni". Anche i corpi solidi però contengono ioni. Ad esempio il sale da cucina è costituito da 2 ioni uniti insieme, che si staccano quando buttiamo il sale nell’acqua bollente.
Anche l’aria che respiriamo contiene ioni. Questi sono piccole particelle caricate positivamente o negativamente. Generalmente sono molecole comprendenti ossigeno (O) e azoto (N). Queste particelle sono dette microioni (es.: O⁺, N₂O⁺).
Poiché particelle caricate in modo opposto si attirano l’una all’altra si possono formare, attraverso i microioni, delle molecole più grandi, dette macroioni.

Valori tipici.

(fonte: istituto Katalyse)

	Evitare la formazione di campi elettromagnetici artificiali .
	Diminuire le sostanze inquinanti nell’aria.

Campo magnetico statico.

Il pianeta Terra è praticamente un gigantesco magnete. Esiste infatti un campo magnetico terrestre, proprio del pianeta. Il polo sud magnetico si trova vicino al polo nord geografico; il polo nord magnetico invece si trova a sud, sul continente antartico. L’intensità del campo magnetico terrestre varia a seconda della latitudine nell’intervallo 30-60 mT. Il campo magnetico terrestre è abbastanza omogeneo, invece i campi magnetici artificiali che possiamo trovare in casa (es.: magneti degli altoparlanti) hanno una intensità vicina a quella del campo magnetico terrestre, ma non sono omogenei.

Anche per piccole intensità del campo sicuramente esistono delle influenze biologiche. Ad esempio gli animali come i cani o gli uccelli migratori si orientano con il campo magnetico della Terra. Tuttavia questo campo può subire delle variazioni a causa delle "tempeste magnetiche", fenomeni dipendenti da particolari attività sulla superficie del Sole. Tali tempeste disturbano le comunicazioni radio.

Un campo magnetico statico disomogeneo si comporta come alternato di bassa frequenza sul nostro corpo se ci spostiamo nella zona su cui è distribuito.

Campi elettromagnetici a bassa frequenza.

La tensione di alimentazione che giunge alle prese elettriche della nostra casa è di questo tipo:

La forma dell’andamento della tensione è detta sinusoidale. Il valore effettivo della tensione domestica è di 230 V. Qui è stato rappresentato anche un eventuale disturbo di tipo impulsivo.

Generalmente durante tutto il funzionamento di un apparecchio elettrico la tensione di alimentazione che lo attraversa subisce una modificazione del suo andamento sinusoidale. Questo fenomeno è dovuto alla formazione di onde con frequenza maggiore di quella fondamentale a 50 Hz. Le nuove frequenze variano nel range [100 Hz - 1 kHz].
Quindi anche se dalla presa elettrica preleviamo solo una tensione di 50 Hz i vari dispositivi elettrici che usiamo riempiono lo spazio circostante anche con onde che hanno frequenze differenti.

Anche se i campi magnetici emessi dai cavi dell’alta tensione in alcuni casi sono più bassi di quelli emessi dagli elettrodomestici occorre considerare anche il tempo di esposizione al campo stesso: difficilmente un elettrodomestico è adoperato continuamente per tutto il giorno, invece il campo emesso dai cavi dell’alta tensione è lì, 24 ore su 24, e la situazione diviene perciò preoccupante per chi abita in vicinanza di questi.

Si noti la grande differenza fra i valori dei campi naturali e quelli artificiali. Per l’organismo umano la sollecitazione ai campi alternati è stata una vera "sorpresa": nell’arco di circa 100 anni l’elettrificazione ha avuto un’espansione velocissima e ovviamente gli esseri viventi non hanno avuto il tempo di adattarsi. Per un reale adattamento occorrerebbero millenni, così come è avvenuto per l’adattamento ai campi naturali.
A proposito di campi naturali...da dove arrivano? Sulla Terra vi sono sempre numerosi temporali. I fulmini che si producono sono dei brevi e intensi flussi di corrente con frequenza che varia da alcuni Hz ad alcuni kHz. In questo modo si producono dei campi alternati che si propagano attraverso l’atmosfera; per questo sono detti atmosferici.
Anche nell’organismo umano si generano campi elettrici e magnetici alternati. I più evidenti sono quelli prodotti dalle correnti cerebrali, che hanno una frequenza tra 1 e 30 Hz. Precise frequenze cerebrali si possono associare a precise condizioni fisiche, per questo sono divise in intervalli così:

In generale i campi magnetici alternati che penetrano continuamente nel corpo causano la nascita di correnti elettriche indotte nei tessuti organici. Queste correnti possono provocare delle illusioni ottiche (magnetofosfeni), generate a causa della stimolazione dei ricettori della retina. I magnetofosfeni sono dipendenti dalla frequenza e ogni persona li percepisce in maniera differente. Nell’ambito dei 50 Hz per percepire i magnetofosfeni l’intensità del campo magnetico deve essere dell’ordine di 5000 - 20000 mT (molto più alta di quella dei campi magnetici domestici).

In presenza di campi elettrici intensi si possono elettrizzare i peli della pelle e i capelli. La soglia di percezione di un campo elettrico varia a seconda della persona (per persone molto sensibili ai campi elettrici la soglia è circa 1000 V/m).

Campi elettromagnetici ad alta frequenza.

Se i campi elettromagnetici ad alta frequenza non esistessero, le antenne che vediamo sui tetti delle case sarebbero inutili.
Il campo delle alte frequenza (HF) comincia a 30 kHz (onde radio) e termina a 300 GHz (microonde).
A queste frequenze il campo elettrico e magnetico sono strettamente dipendenti l’uno dall’altro. Quindi si non si parla più di campo elettrico o magnetico separatamente, ma di radiazione elettromagnetica.

Utilizzando un’antenna le onde elettromagnetiche possono essere irradiate a grande distanza. In questa maniera vengono trasferite informazioni senza utilizzare cavi, ma usando le onde stesse, che viaggiano attraverso l’atmosfera. Ad esempio, quando accendiamo la radio possiamo ascoltare la musica perché questa è trasportata tramite un’onda elettromagnetica, emessa dalla stazione e ricevuta dall’antenna della radio.

Onde radio.

Le onde radio sono molto utili: partendo da un punto A della superficie terrestre possono raggiungere un punto B che è coperto dalla curvatura terrestre. Infatti queste onde vengono riflesse dagli strati alti dell’atmosfera. Così, anche se ci trovassimo in mezzo al deserto, la nostra radio ci darebbe musica. A causa del fenomeno della riflessione atmosferica e della grande quantità di stazioni trasmittenti che si trovano sulla Terra, queste onde si trovano anche nei luoghi più sperduti del pianeta.
Poiché all’aumentare della frequenza aumenta la quantità di informazione che un’onda può trasportare le telecomunicazioni tendono ad utilizzare campi a frequenza sempre più alta. Le onde radio usate per i programmi radiofonici hanno una frequenza massima intorno a 100 MHz. Per i programmi televisivi invece si usano frequenze intorno ai 200 MHz (VHF) e 800 MHz (UHF).
La trasmissione radio e televisiva è organizzata in modo tale da rendere possibile su tutto il territorio nazionale una ricezione senza disturbi. Ciò è possibile utilizzando un sistema di trasmettitori principali e trasmettitori secondari (radioripetitori). Questi ultimi aumentano l’intensità del segnale ricevuto, lo ritrasmettono e lo inviano al luogo in cui è posto il ricevitore (come ad esempio l’antenna sul tetto di casa). Per essere sicuri che il segnale giunga anche all’antenna più lontana, il segnale parte dalla stazione trasmittente con una potenza elevata. Così nel raggio di 100 metri da un radioripetitore le onde elettromagnetiche hanno una potenza che è circa 1000 volte più alta del valore minimo necessario per sentire la radio senza fruscio o vedere la TV senza righe.

Microonde.

Nell’intervallo di frequenze radio usato per le trasmissioni radiofoniche e televisive non ci sono abbastanza canali (cioè frequenze utilizzabili) per tutti. Si utilizzano allora nuovi canali liberi nel campo delle microonde. Uno dei servizi che utilizza le microonde è la rete digitale dei telefoni mobili (i telefoni cellulari in genere utilizzano frequenze nell’intervallo 1 - 2 GHz).
Utilizzando delle microonde è possibile raggiungere grandi distanze anche usando piccole potenze dei trasmettitori, in questo caso quindi spesso si utilizzano satelliti (la trasmissione televisiva via satellite utilizza frequenze intorno agli 11 GHz).
Un altro campo di applicazione delle microonde è il radar (frequenze di lavoro: 5- 50 GHz), quindi si possono presentare alti livelli di intensità di radiazione in vicinanza di aeroporti e di impianti di controllo militare.

Dal lato della salute.

Relativamente alla salute occorre conoscere la quantità di radiazione-HF che investe il corpo. Gli aspetti da considerare sono:

	Intensità del segnale prodotto dall’antenna di trasmissione.
	Distanza dall'antenna di trasmissione.

La potenza della radiazione-HF che arriva dai satelliti e raggiunge la superficie terrestre è molto piccola perché la distanza dal trasmettitore (satellite) è molto grande. Il segnale che arriva sulla Terra è molto debole perciò può essere ricevuto solo concentrandolo con una antenna parabolica. Da guardare con maggiore diffidenza sono invece i telefoni cellulari: usandoli la loro antenna viene a trovarsi vicinissima alla testa.
Nella stima degli effetti della radiazione a bassa frequenza erano di importanza solo le grandezze:

	Frequenza del campo.
	Potenza del campo (quantità di energia trasmessa in 1 secondo).

Ora nel campo delle alte frequenze occorre introdurre altre 2 grandezze:

	Intensità (densità del flusso di potenza) della radiazione: indica la quantità di energia che in 1 secondo è trasmessa attraverso la superficie di 1 m2. L'intensità è espressa in [mW/cm2]
	SAR (tasso di assorbimento della radiazione): indica quanta energia HF viene assorbita dall'organismo. Il SAR è espresso in [W/kg].

L'effetto principale della radiazione HF sull'organismo è il riscaldamento dei tessuti contenenti molte molecole d'acqua.