La frequenza di un’onda elettromagnetica è il numero di oscillazioni complete (o cicli) dei campi elettrico e magnetico che avvengono in un’unità di tempo, solitamente $1$ secondo. Nel contesto della radiazione elettromagnetica, può essere interpretata come il numero di creste d’onda che passano per un punto fisso dello spazio nel corso di un secondo.
Unità di misura#
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della frequenza è l’Hertz ($\mathrm{Hz}$), dove $1\,\mathrm{Hz}$ equivale a un ciclo al secondo. In astrofisica si utilizzano prevalentemente i multipli della scala: dai kilohertz ($\mathrm{kHz}$, migliaia di $\mathrm{Hz}$) e megahertz ($\mathrm{MHz}$, milioni di $\mathrm{Hz}$) per le onde radio, fino ai petahertz ($\mathrm{PHz}$) ed exahertz ($\mathrm{EHz}$) per i potentissimi raggi X e gamma. La frequenza viene tradizionalmente indicata con la lettera greca $\nu$ (nu) o, nei testi di fisica generale, con la lettera $f$.
Relazione fondamentale tra frequenza e lunghezza d’onda#
Frequenza $\nu$, lunghezza d’onda $\lambda$ e velocità della luce $c$ sono legate da una relazione fondamentale:
$$ c = \lambda \nu $$da cui deriva:
$$ \nu = \frac{c}{\lambda} $$Poiché $c$ è costante nel vuoto, frequenza e lunghezza d’onda si determinano reciprocamente: quando cresce la frequenza diminuisce la lunghezza d’onda, e viceversa.
La frequenza è l’inverso del periodo $T$, cioè del tempo impiegato per compiere un’oscillazione completa:
$$ \nu = \frac{1}{T} $$Una frequenza di $1\,\mathrm{GHz}$, ad esempio, corrisponde a $10^9$ oscillazioni al secondo e a un periodo di $10^{-9}\,\mathrm{s}$. Una stazione radio FM che trasmette a $100\,\mathrm{MHz}$ produce un’onda elettromagnetica il cui campo elettrico oscilla $100$ milioni di volte al secondo. In breve, mentre la lunghezza d’onda è una misura dello spazio, la frequenza è una misura del tempo.
La grandezza fondamentale della radiazione elettromagnetica#
La frequenza è la grandezza fisica fondamentale per descrivere la radiazione elettromagnetica: infatti, a differenza della lunghezza d’onda, che cambia quando l’onda passa da un mezzo a un altro, la frequenza rimane invariata al variare del mezzo di propagazione, perché dipende esclusivamente dalla sorgente che ha generato la radiazione.