Le onde elettromagnetiche. Origine e natura, spettro delle onde e.m., la polarizzazione

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1 Le ode elettromagetiche Origie e atura, spettro delle ode e.m., la polarizzazioe

2 Origie e atura delle ode elettromagetiche: Ua carica elettrica che oscilla geera u campo elettrico E che oscilla e a questo è associato u campo magetico B ach esso oscillate. I due campi si propagao mateedo direzioi di oscillazioe perpedicolari l uo all altro e perpedicolari alla direzioe di propagazioe La velocità di propagazioe delle ode elettromagetiche el vuoto è c = m/s. La luce è u oda elettromagetica (così come le ode radio, le microode, i raggi X,.)

3 Origie e atura delle ode elettromagetiche: Le ode e.m. hao ua doppia atura: odulatoria e corpuscolare I alcui casi il comportameto è di tipo odulatorio, ad esempio ei feomei di iterfereza e diffrazioe, metre i altri casi, quado si ha u iterazioe co la materia a cui viee trasferita l eergia dell oda, il comportameto è di tipo corpuscolare. L eergia trasportata dalle ode elettromagetiche è cocetrata i pacchetti detti quati o fotoi. L eergia E dei fotoi è direttamete proporzioale alla frequeza f secodo la relazioe: E h f dove h è la costate di Plack, il cui valore è: h = 6, J s.

4 Lo spettro delle ode elettromagetiche: Raggi gamma: origie ucleare, m Raggi X: prodotti tramite la decelerazioe di elettroi su u bersaglio, m (0 m m) Raggi UV: emissioe dal sole assorbimeto i stratosfera (ozoo), 4x0-7 -6x0-0 m (400 m 0.6 m) Luce visibile: corrispodeza approx. colori: m violetto ; m blu m verde ; m giallo m aracio ; m rosso Raggi IR: emessi dai corpi caldi; 700 m - mm Microode: mm- 30 cm (es. fori) Ode radio: > 30 cm (es. telecomuicazioe)

5 La polarizzazioe: U fascio di luce è ormalmete il risultato della sovrapposizioe di u gra umero di ode emesse dagli atomi o molecole della sorgete di luce. Ne cosegue che il vettore campo elettrico può vibrare i ogi direzioe, mateedosi però sempre perpedicolarmete alla direzioe di propagazioe dell oda. Si dice allora che l oda è o polarizzata. U oda è polarizzata liearmete se il vettore campo elettrico oscilla i ogi istate lugo ua sola direzioe. Il piao formato dalla direzioe del campo elettrico e dalla direzioe di propagazioe è il piao di polarizzazioe

6 La polarizzazioe: La polarizzazioe della luce avviee facedo passare l oda attraverso u polarizzatore, che trasmette solo i compoeti del vettore campo elettrico che soo paralleli al suo asse di trasmissioe. E possibile verificare la direzioe di polarizzazioe e variare l itesità della luce polarizzata utilizzado u aalizzatore. I 0 I I I cos 0 legge di Malus Ioltre visto che il valor medio di cos è pari ad ½, si ha che l itesità della luce iizialmete o polarizzata viee dimezzata quado passa tramite u solo polarizzatore

7 Ottica geometrica Riflessioe, rifrazioe, dispersioe

8 Riflessioe di u oda Raggio di luce che icide su ua superficie: Riflessioe speculare: superficie piaa e liscia Riflessioe diffusa: superficie ruvida : irregolarità delle stesse dimesioi della

9 Riflessioe di u oda Riflessioe speculare: il raggio icidete, il raggio riflesso e la ormale alla superficie di icideza, passate per il puto di icideza, giaccioo su uo stesso piao; l agolo di icideza è uguale all agolo di riflessioe '

10 Rifrazioe di u oda Idice di rifrazioe di u mezzo: c v velocità della luce el velocità della luce el vuoto mezzo il raggio icidete, il raggio rifratto e la ormale alla superficie di separazioe fra i due mezzi, passate per il puto di icideza, giaccioo su uo stesso piao; l agolo di icideza e l agolo di rifrazioe dipedoo dalla velocità della luce ei mezzi attraversati (e quidi dall idice di rifrazioe dei due mezzi) secodo la relazioe: si si v v legge di Sell

11 Rifrazioe di u oda Quado u oda passa da u mezzo ad u altro la sua frequeza o varia. Variao ivece la velocità e la lughezza d oda v v f f v v v v c c L idice di rifrazioe di u qualsiasi mezzo può essere espresso come: mezzo oda el lughezza d vuoto oda el lughezza d ' ' 0

12 Rifrazioe di u oda (esempio) U fascio di luce di lughezza d oda di 550 m che si propaga i aria icide su ua lastra di materiale trasparete. Il fascio icidete forma u agolo di 40 co la ormale ed il raggio rifratto forma u agolo di 6 co la ormale. A) Trovare l idice di rifrazioe del materiale B) Trovare la velocità della luce el materiale C) Calcolare la lughezza d oda della luce el materiale

13 Rifrazioe di u oda (esempio) U fascio di luce di lughezza d oda di 550 m che si propaga i aria icide su ua lastra di materiale trasparete. Il fascio icidete forma u agolo di 40 co la ormale ed il raggio rifratto forma u agolo di 6 co la ormale. A) Trovare l idice di rifrazioe del materiale B) Trovare la velocità della luce el materiale C) Calcolare la lughezza d oda della luce el materiale Idice di rifrazioe del materiale si si si si si si

14 Rifrazioe di u oda (esempio) U fascio di luce di lughezza d oda di 550 m che si propaga i aria icide su ua lastra di materiale trasparete. Il fascio icidete forma u agolo di 40 co la ormale ed il raggio rifratto forma u agolo di 6 co la ormale. A) Trovare l idice di rifrazioe del materiale B) Trovare la velocità della luce el materiale C) Calcolare la lughezza d oda della luce el materiale Velocità della luce el materiale c v velocità della luce el velocità della luce el vuoto mezzo v c m.47 / s m / s

15 Rifrazioe di u oda (esempio) U fascio di luce di lughezza d oda di 550 m che si propaga i aria icide su ua lastra di materiale trasparete. Il fascio icidete forma u agolo di 40 co la ormale ed il raggio rifratto forma u agolo di 6 co la ormale. A) Trovare l idice di rifrazioe del materiale B) Trovare la velocità della luce el materiale C) Calcolare la lughezza d oda della luce el materiale Lughezza d oda della luce el materiale 0 lughezza d' oda el lughezza d' oda el vuoto mezzo m m

16 Riflessioe totale (itera) Si verifica solo quado la luce passa da u mezzo di u dato idice di rifrazioe ad u mezzo co idice di rifrazioe miore di (esempio: acqua-aria) L agolo limite l è l agolo tale per cui l agolo di rifrazioe è pari a 90 : si si 90 l si (vale per < ) l

17 Riflessioe totale (itera): la fibra ottica

18 Riflessioe totale (esempio) Trovare l agolo limite per la superficie acqua-aria se l idice di rifrazioe dell acqua è pari a.33 sil si 90 si l.33 si 0.75 l l 48.8

19 Dispersioe Idice di rifrazioe di u mezzo: c v velocità della luce el vuoto velocità della luce el mezzo v L idice di rifrazioe di u mezzo dipede dalla lughezza d oda della luce che si propaga el mezzo T L agolo di rifrazioe che si ha quado la luce attraversa la superficie di separazioe tra due mezzi dipede dalla lughezza d oda. Per u raggio di luce policromatico (es. luce biaca) co la rifrazioe si può otteere la scomposizioe delle varie compoeti cromatiche

20 Prismi ed arcobaleo si si si si Soo maggiormete rifratti (ossia è miore) i raggi co lughezza d oda miore (per i quali l idice di rifrazioe è maggiore). Quidi la luce viola (~400 m) viee rifratta di più della luce rossa (~ 650 m) quado passa dall aria ad u altro materiale

21 Pricipio di Huyges Assuzioe: modello odulatorio (la luce come u oda e o u fascio di particelle) Costruzioe geometrica per determiare la posizioe di u uovo frote d oda a partire dalla coosceza di u frote d oda precedete Tutti i puti su u dato frote d oda si possoo cosiderare come sorgeti putiformi di ode sferiche elemetari, che si propagao verso l estero co la velocità caratteristica dell oda i quel mezzo. Dopo u certo itervallo di tempo la posizioe del uovo frote d oda è la superficie tagete alle ode elemetari.