Luce e Onde elettromagnetiche
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illuminotecnica 1 illuminotecnica 1 Onde e oscillazioni Lezioni di illuminotecnica . Luce e Onde elettromagnetiche Fabio Peron Si parla di onde tutte le volte che una grandezza fisica varia la sua entità nel tempo e nello spazio in maniera periodica, ripetitiva. Università IUAV - Venezia Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron illuminotecnica 1 Onde e oscillazioni 2 illuminotecnica 1 Le grandezze che caratterizzano le onde ampiezza Lunghezza d’onda Ampiezza ampiezza, A è l’entità della variazione intorno a un valore medio della grandezza che oscilla lunghezza d’onda, λ , [m]: è la lunghezza che intercorre tra due punti in cui in un certo istante si hanno fasi omologhe dell’onda. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 4 illuminotecnica 1 illuminotecnica 1 Le grandezze che caratterizzano le onde Le grandezze che caratterizzano le onde periodo, T , [s]: frequenza angolare o pulsazione, ω, [rad/s] : è il tempo che intercorre tra i passaggio in un determinato punto dello spazio per un oscillazione di tipo sinusoidale o cosinusoidale corrisponde all’angolo in di due fasi omologhe dell’onda. radianti descritto in un unità di tempo dal corrispondente oscillatore armonico. frequenza, f , [Hz]: ω =2π f è il numero di oscillazioni complete che l’onda compie nell'unità di tempo. Unità di misura sono i cicli per secondo ovvero gli hertz [Hz]. Essa corrisponde all’inverso del periodo: nota la velocità di propagazione dell’onda, c, valgono le seguenti relazioni tra lunghezza d’onda, λ, pulsazione, ω, il periodo, T, e la frequenza, f, esistono 1 f = T le seguenti relazioni: velocità, c , [m/s]: f = è la velocità con cui la perturbazione si propaga nello spazio. Per le onde elettromagnetiche è pari a 300.000 km/s Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 1 T c f λ = c ⋅T ω =2π f T = 2π ω Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 5 illuminotecnica 1 La luce λ = illuminotecnica 1 La luce 6 illuminotecnica 1 illuminotecnica 1 La luce: un po’ di storia La luce: un po’ di storia Scuola pitagorica (V secolo a.C.): la luce è un fluido che viene emesso dagli occhi e vi ritorna con l’immagine degli oggetti circostanti Democrito (V –IV secolo a.C.) e gli atomisti successivi: gli oggetti emettono senza interruzione delle immagini materiali, tuttavia tanto sottili da non svuotare i corpi che le emettono. Fra medioevo e rinascimento si approfondirono soprattutto gli aspetti pratici dell’ottica, come la produzione di lenti per occhiali. Leonardo da Vinci osserva l’analogia fra l’occhio e la camera oscura. Newton mise in evidenza come la luce bianca sia una miscela di diverse componenti cromatiche (Optica, 1704) Johannes Kepler (Keplero) (1604): i raggi di luce vengono emessi in numero infinito e in tutte le direzioni da ogni punto degli oggetti. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron illuminotecnica 1 La luce: un po’ di storia 10 illuminotecnica 1 La generazione di onde elettromagnetiche Tutti i corpi a temperatura diversa dallo zero assoluto emettono radiazioni elettromagnetiche Si ha una perturbazione variabile nel tempo e nello spazio del campo elettromagnetico. Hertz (1857-1894) James Maxwell (1831-1879) Maxwell descrive matematicamente il campo elettromagnetico dando un base all’interpretazione della luce come onda. Hertz per primo nel 1886 riesce a produrre onde elettromagnetiche artificiali. A una variazione del campo elettrico si accompagna una variazione del campo magnetico. Si manifestano su due piani perpendicolari e in fase. La radiazione elettromagnetica La Via Lattea a diverse lunghezze d’onda illuminotecnica 1 illuminotecnica 1 Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate da frequenza, f , e lunghezza d’onda, λ. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron La radiazione fossile a 3 K Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 1 illuminotecnica 1 14 illuminotecnica 1 Onde Elettromagnetiche e luce Si definisce LUCE la radiazione elettromagnetica che ha la proprietà di impressionare l’occhio umano, all’interno di una determinata banda di radiazioni detta appunto banda visibile 380 nm-780 nm. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 15 Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 16 illuminotecnica 1 illuminotecnica 1 La luce in natura: il fulmine Onde elettromagnetiche e energia Le onde elettromagnetiche con diverse frequenze hanno diverso contenuto energetico. All’aumentare della frequenza aumenta il contenuto di energia secondo la relazione di Planck: E= h ν Il suono è veloce – 340 m/s – ma la luce è più veloce 3x108 m/s. Il tuono arriva sempre dopo il lampo. La luce in un secondo percorre 27 volte un meridiano terrestre. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 17 18 La luce in natura La luce in natura Il Sole è una stella di medie dimensioni di tipo molto comune nell’universo (stella gialla - tipo spettrale G). Si ha: • massa M= 2x1030 kg (333000 volte la terra, 99% sistema solare); • densità media 1410 kg/m3, nella parte più interna 80000 kg/m3; • composizione: 98% H e He, presenti altri 60 elementi in tracce le reazioni termonucleari: 4 H11 → He24 + energia; • potenza emessa Es= 3,8x1026 W (4x106 ton materia trasformate in energia al secondo). Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 19 Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 20 La luce in natura: l’arcobaleno La luce in natura illuminotecnica 1 La radiazione solare è costituita da diverse tipologie di onde elettromagnetiche. Circa il 50% è nel campo IR, il 44% nel visibile e il 7% nell’UV. Oltre i 2-3 μm si ha solo un 1%. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron Luce in natura: nuvole e aloni 21 illuminotecnica 1 Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron Luce in natura: i cani del sole - Pareli 22 illuminotecnica 1 I Pareli costituiscono un fenomeno ottico atmosferico dovuto alla rifrazione della luce solare da parte dei piccoli cristalli di ghiaccio sospesi nell'atmosfera e che solitamente costituiscono i cirri. Questi cristalli, fungendo da prismi, rifrangono la luce del sole in molte direzioni, ma con un minimo angolo di deviazione di circa 158°, che causa la formazione di pareli a circa 22° gradi dal Sole. La rifrazione dipende dalla lunghezza d'onda, così i pareli hanno la parte interna rossa e altri colori nelle parti più esterne Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 23 Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 24 illuminotecnica 1 Fenomeni atmosferici illuminotecnica 1 Colori: il cerchio di Newton http://www.atoptics.co.uk/ rotazione Con il “cerchio di Newton” è possibile “miscelare” le componenti monocromatiche ed ottenere la loro somma, il bianco. Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 25 Università IUAV di Venezia - Acustica applicata e Illuminotecnica prof. F. Peron 26
