Le caratteristiche delle onde. perturbazione che si propaga nello spazio e nel tempo

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1 Fenomeni ondulatori Un onda è costituita da una successione regolare di punti di massimo e di minimo, sia nello spazio che nel tempo, secondo una sequenza definita Può essere utile osservare la seguente analogia relativa alla propagazione di un onda meccanica in un materiale

2 Fenomeni ondulatori

3 Le caratteristiche delle onde perturbazione che si propaga nello spazio e nel tempo

4 I tipi di fronte d onda

5 Legge di Faraday

6 Le equazioni di Maxwell

7 Le equazioni di Maxwell

8 Le equazioni di Maxwell

9 Le onde elettromagnetiche

10 Le onde elettromagnetiche L onda elettromagnetica ci apparirà come indicato

11 Le onde elettromagnetiche I vettori E ed H sono tra loro ortogonali Essi si propagano secondo una direzione di propagazione individuata da S E H (vettore di Poynting) S è perpendicolare al piano individuato dai vettori E ed H (il piano d onda) All onda è associata una energia riferita ad una sezione di piano pari a 1m 2 ; il modulo di S mi fornisce la densità di potenza irradiata (W/m 2 ) La propagazione e la relativa attenuazione di tale energia sono alla base della trasmissione elettromagnetica e della conseguente limitazione della distanza di trasmissione

12 Polarizzazione delle onde elettromagnetiche

13 Polarizzazione delle onde elettromagnetiche Un onda emessa in polarizzazione verticale (orizzontale) può essere ricevuta solo da una antenna verticale (orizzontale).

14 Propagazione delle onde elettromagnetiche Nel vuoto, il mezzo è isotropo ed omogeneo (la velocità di propagazione è costante in tutti i punti), quindi il comportamento delle onde elettromagnetiche è assolutamente indipendente dalla frequenza e quindi dalla lunghezza d'onda. Viceversa, entro l'atmosfera terrestre, poiché l'aria che noi respiriamo non è un mezzo né isotropo, né omogeneo, la propagazione delle onde elettromagnetiche è soggetta a: ATTENUAZIONE RIFLESSIONE RIFRAZIONE DIFFRAZIONE

15 Attenuazione E dovuta, invece, all'assorbimento di una parte dell'energia dell'onda da parte del mezzo in cui essa transita, cioè l'aria che contiene sempre polvere, molecole d'acqua in sospensione nelle nuvole, atomi ionizzati, ozono. Gli atomi stessi dell'aria in taluni casi determinano di per sé un'attenuazione, basti pensare all'effetto schermante, a tutti noto oggi, dell'ozono nell'alta atmosfera, che ci protegge dai raggi ultravioletti del sole. Questi raggi, che sono onde elettromagnetiche come tutte le altre, entrando nell'atmosfera urtano contro le molecole dell'ozono presenti nell'aria e si attenuano fortemente cedendo loro quell'energia che per noi potrebbe essere dannosa. Questo tipo di attenuazione varia molto con la lunghezza d'onda.

16 Riflessione e rifrazione La riflessione delle onde elettromagnetiche si studia come quella della luce secondo le due leggi di Snell. La prima legge di Snell riguarda la riflessione e dice che il raggio incidente ed il raggio riflesso formano lo stesso angolo con la normale e sono tutti e tre complanari. La seconda legge di Snell, invece, riguarda il fenomeno della rifrazione, e lega l' angolo di incidenza e l'angolo di rifrazione, con gli indici di rifrazione. Si definisce indice di rifrazione n il rapporto fra la velocità della luce nel vuoto c, e la velocità della luce v, in un altro mezzo. n c v

17 l indice di rifrazione n: - dipende dalla lunghezza d onda della luce - legge di Snell: sen sen i r n n n i = indice di rifrazione del mezzo in cui viaggia il raggio incidente n r = indice di rifrazione del mezzo in cui viaggia il raggio rifratto r i L indice di rifrazione mezzo r i indice aria 1,0003 acqua 1,33 vetro crown 1,52 polistirene 1,55 quarzo 1,46

18 sen r n i sen i n r Riflessione totale r 1 se n i > n r, per raggi con sen i = n r /n i si ha riflessione totale r 2 i i 2 1 i 3 s 3 fibra ottica

19 Diffrazione Se un onda incontra una barriera che ha un apertura di dimensioni simili alla lunghezza d onda, l onda che l oltrepassa si allarga, cioè si diffrange, nella zona oltre la barriera. Qualitativamente(ignorando effetti di interferenza):

20 Esperimento di Young (1801) La diffrazione può essere studiata in modo quantitativo usando il fenomeno di interferenza Frange di interferenza frange chiare frange scure

21 Posizione delle frange Differenza di cammino L d sin Interferenza costruttiva per differenza di cammino ΔL uguale a zero o a un multiplo intero di lunghezze d onda: d sin m 1 d sin m 2 L d sin int con m=0,1,2,... massimi, frange chiare minimi, frange scure