Quando un'onda EM incide sulla superficie di separazione fra due mezzi materiali di caratteristiche elettromagnetiche diverse, una parte di essa viene riflessa indietro mentre l'altra è trasmessa al mezzo successivo. Se poi quest'ultimo è un materiale con perdite, l'onda, mentre si propaga, cede una parte della sua energia al mezzo materiale e si attenua. La parte di potenza perduta in ogni punto è proporzionale al quadrato del campo e, quindi, alla potenza EM presente in quel punto. Di conseguenza la potenza trasportata dall'onda decresce esponenzialmente secondo la legge:

\(S\left(z\right) = S_{0}e^{-\left(2\frac{z}{\delta}\right)}\) dove \(S_{0}\) è la densità di potenza iniziale dell'onda che penetra nel mezzo materiale.

La quantità \(\delta\) è detta profondità di penetrazione e indica la distanza alla quale i campi si sono ridotti a circa il 37\% e la densità di potenza si è ridotta a meno del 14\% rispetto ai valori all'interfaccia. La profondità di penetrazione è legata a \(\sigma,\varepsilon_{r},f\) dalla relazione seguente:

\(\delta=\frac{c}{{\displaystyle \omega\sqrt{\frac{\varepsilon_{r}}{2}\left(\sqrt{1+\left(\frac{\sigma}{\omega\varepsilon_{0}\varepsilon_{r}}\right)^{2}-1}\right)}}}\) (\(c\) è la velocità della luce nel vuoto.

Per le frequenze di nostro interesse la relazione che descrive la variazione della lunghezza d'onda si riduce a \(\frac{\lambda_{0}}{\sqrt{\varepsilon_{r}}}\)

A parte le altissime frequenze (\(\geq10\,GHz\), per le quali la penetrazione è scarsissima, l'onda, propagandosi nel mezzo materiale, può arrivare alla superficie di separazione fra tessuti di natura diversa e venire riflessa indietro. Il più evidente degli effetti biologici dei campi elettromagnetici è il surriscaldamento dei tessuti corporei e facilmente riscontrabile dopo una lunga conversazione usando il telefono cellulare.

(credit: Bruno Orsini-www.meccanismocomplesso.org)

In figura è visibile l'immagine termografica dell’effetto del riscaldamento dei tessuti prima (immagine A) e dopo (immagine B) una conversazione di 15 minuti con telefono cellulare.

(credit: A2C - Consulenza Tecnica Specialistica)

La figura mostra la distribuzione dell'assorbimento specifico di energia per frequenze dell'ordine dei \(40\,MHz\) e \(2\,GHz\). Dalla simulazione si può evincere che aumentando la frequenza diminuisce tendenzialmente l'assorbimento da parte del corpo, localizzando gli effetti maggiormente alle estremità.

Il decreto legislativo del 2008 stabilisce che per le alte frequenze i limiti di qualità per aree intensamente frequentate sono \(6 V/m\) per l'intensità di campo elettrico e di \(100\,mW/mq\) per la densità di potenza. Ricordiamo altresì che i moderni smartphone producono un campo elettrico inferiore ai \(2\,V/m\) a \(10\,cm\) di distanza e intorno ai \(5\,V/m\) durante una telefonata.