LA FISICA DEI FENOMENI ELETTROMAGNETICI RARI

IGNIZIONE DELLA GUAINA ISOLANTE DI UN CONDUTTORE RISONANTE
DISPOSTO PARALLELAMENTE AL CAMPO ELETTRICO DI UN'ONDA ELETTROMAGNETICA

SEZIONE EFFICACE (CORONA CIRCOLARE ROSSA) DI UN CONDUTTORE PERCORSO DA CORRENTE AD ALTA FREQUENZA
(EFFETTO PELLICOLARE - SKIN EFFECT)

ESPERIMENTI CONCETTUALI (GEDANKEN-EXPERIMENTE) SUGLI EFFETTI TERMICI RARI PRODOTTI DA CAMPI ELETTROMAGNETICI AD ALTA FREQUENZA

Supponiamo che un sistema irradiante, costituito da tre antenne a dipolo ad alta direttività, generi un intenso campo elettromagnetico ad alta frequenza, e che questo campo sia notevolmente potenziato da rare ed instabili condizioni di interferenza costruttiva tra i lobi (L1,L2,L3) d'irradiazione delle tre antenne. Facciamo,in sostanza,l'ipotesi che tra i tre fasci di onde elettromagnetiche si possano stabilire,per effetto di masse metalliche fisse o mobili,per particolari configurazioni del terreno antistante le antenne, o per la presenza di lunghi conduttori metallici isolati da terra, particolari condizioni di interferenza costruttiva che favoriscano la propagazione coerente, in fase, dei tre fasci hertziani.
In presenza di interferenza costruttiva i campi elettromagnetici si sommano dando origine ad un campo elettromagnetico risultante,la cui ampiezza, elevata al quadrato, determina l'intensità complessiva del fascio risultante e quindi l'entità della densità di potenza risultante (watt/metro quadro) che transita nella direzione e nel verso di propagazione delle onde.
Se in tali condizioni di campo, le onde elettromagnetiche vengono assorbite da masse metalliche o da conduttori le cui dimensioni siano vicine a multipli della semilunghezza d'onda, si possono verificare fenomeni di risonanza determinanti la generazione di tensioni e correnti ad alta frequenza,con valori così intensi da produrre, per effetto Joule,notevole sviluppo di calore sulla superficie dei conduttori, i quali, se sono rivestiti di materiale isolante, per esempio PVC, ne possono provocare l'ignizione.
Se, in particolare, si tratta di spezzoni di fili metallici isolati,di lunghezza pari a multipli della semilunghezza d'onda (nl/2) e disposti parallelamente alla direzione di oscillazione del campo elettrico, l'effetto termico può essere notevole, in quanto si tratta di vere e proprie antenne risonanti, cioè accordate sulla stessa lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica assorbita, e pertanto atte a favorire la generazione di onde stazionarie di tensione e di corrente di grande ampiezza. Se invece i predetti conduttori sono disposti perpendicolarmente alla direzione di oscillazione del campo elettrico, l'effetto ignigeno non si manifesta,poichè in tal caso il campo elettrico delle onde oscilla perpendicolarmente all'asse del conduttore.
Il notevole sviluppo di calore localizzato all'interfaccia tra il conduttore e la guaina isolante che lo ricopre, è determinato dal cosiddetto "effetto pelle" (skin effect), che consiste nel fatto che la corrente ad alta frequenza attraversa il conduttore soltanto superficialmente, fino ad una profondità di penetrazione (delta) che decresce al crescere della frequenza, a causa del fatto che, quanto maggiore è la frequenza, e quindi quanto più rapide sono le variazioni temporali del flusso d'induzione magnetica generato dal passaggio della corrente, tanto maggiore è la reattanza che si oppone, per la legge di Faraday-Neumann-Lenz, al passaggio di corrente nelle zone vicine all'asse del conduttore.
Se si suppone, in particolare, che la frequenza f abbia il valore di 1500 MHz= 1,5 GHz,cui corrisponde una lunghezza d'onda l = c/f = 3 x 10¹⁰ (cm/s)/1,5 x 10⁹ = 20 cm, si ottiene per gli spezzoni di filo paralleli al campo elettrico, una lunghezza di risonanza L = l/2 = 10 cm.
L'effetto potrebbe manifestarsi anche in materiali non metallici, quali legno o stoffa, per la sia pur debole conduttività derivante dall'umidità atmosferica e dalla presenza di tracce di sostanze elettrolitiche (acidi,basi e sali).