Le onde elettromagnetiche

Le onde
Sono perturbazioni che si propagano nello spazio
trasportando energia, senza il trasporto di
materia.
Le onde
Avendo una foglia sull’acqua, se lanciassimo un
sassolino, si creerebbero oscillazioni ma la foglia
resterebbe sempre nello stesso punto. Ciò significa
che le onde trasportano energia e non materia.
Le onde possono essere:
Meccaniche
Elettromagnetiche
Le onde meccaniche
Si propagano
attraverso un mezzo
materiale,
producendo
oscillazioni
Le onde elettromagnetiche
Sono
perturbazioni del
campo elettrico e
magnetico
variabili, si
propagano nel
vuoto alla velocità
della luce.
Le onde meccaniche si
distinguono in:
Longitudinali
Trasversali
Le onde longitudinali
Le particelle del mezzo oscillano nella stessa
direzione di propagazione dell’onda
Onde trasversali
Se le particelle del mezzo oscillano
perpendicolarmente alla direzione di
propagazione dell’onda.
Onde periodiche
Oscillazioni che si ripetono periodicamente nel
tempo
Rappresentazione grafica
y= a cos ( ω t + φ)
y è la grandezza che oscilla; a è l’ampiezza ( massimo
spostamento di un punto dalla posizione di equilibrio ); ω è la
velocità angolare; φ è la fase iniziale ( punto in cui nasce
l’onda e il suo spostamento dall’origine ); λ è la lunghezza
d’onda ( distanza tra due creste o due gole, tra due massimi e
due minimi ).
La frequenza
100 MHz
Numero di oscillazioni che compie l’onda in un
secondo, si misura in Herz.
100 MHz= le cariche all’interno dell’antenna
vibrano 100 milioni di volte al secondo
La frequenza
c=lxn
C = velocità della luce ( circa 300.000 Km\s )
l= lunghezza d’ onda
n= frequenza
A 100 MHz, l è pari a 0,3 metri
Che cosa sono le onde
elettromagnetiche?
Le onde elettromagnetiche sono un
susseguirsi di campi elettrici e campi
magnetici variabili
Che cos’è il campo
elettrico?
Un campo elettrico è quella regione di
spazio che viene deformata da una o più
cariche ferme
Per avere un’idea più chiara
di campo, ecco un semplice
esempio. La sfera grande, che
deforma il telo elastico,
rappresenta la carica che
genera il campo elettrico;
quella più piccola è una carica
di segno opposto e segue la
curvatura del telo
muovendosi verso la sfera
come se fosse attirata da essa
ma in realtà risente soltanto
della curvatura del telo
Che cos’è il campo
magnetico?
Il campo magnetico è quella regione di spazio
che viene deformata da una o più cariche in
movimento di moto uniforme
Se tali cariche vengono accelerate esse
perderanno energia sottoforma di
onde elettromagnetiche
L’insieme delle onde elettromagnetiche
costituisce lo spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
L’insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo spettro elettromagnetico.
Come si evince dalla figura esso risulta essere
costituito da quattro colonne.
Nella prima colonna ci sono le sorgenti di
radiazione che vanno da un ordine di
grandezza maggiore a un ordine di grandezza
minore,come ad esempio: acceleratori di
particelle, lampade e laser,antenne
paraboliche, antenne radio.
Nella seconda colonna ci sono le finestre
atmosferiche che indicano quali
radiazioni riescono ad attraversare
l’ atmosfera che circonda la terra.
Spettro elettromagnetico
Nella terza colonna ci sono le radiazioni con
rispettive lunghezze d’onda e frequenze,esse
vanno da un massimo di 3x10² hertz ad un
minimo di 10 hertz. Le prime,ossia i raggi
gamma,
avendo una piccolissima lunghezza d’onda
vengono dette onde corte, le ultime ossia le onde
radio avendo una grande lunghezza
d’onda di 10km vengono dette onde lunghe.
Nella quarta colonna ci sono gli oggetti
rilevabili come ad
esempio:quark,cellula,palla,casa che vanno
dal più piccolo al più grande.
Spettro elettromagnetico
La parola spettro ci richiama alla
mente la striscia di colori che
Newton ottenne facendo passare
la luce solare attraverso un prisma
ottenendo così un fascio di luce
costituito dal rosso,arancione
giallo,verde, indaco e violetto che
non sono altro che i colori che
vediamo quando sorge
l’arcobaleno,questo fenomeno fu
definito dispersione.
Spettro elettromagnetico
La luce visibile occupa solo una piccola parte
dello spettro elettromagnetico con lunghezza
d’onda compresa tra 400 e 700 nanometri e
frequenza compresa tra 4.1x10¹ a 7.5x10¹ .
Inoltre vi sono altre onde elettromagnetiche
che costituiscono lo spettro come le
microonde che occupano la parte bassa dello
spettro con lunghezza d’onda compresa tra
1mm e 10cm e frequenza compresa tra 10¹¹ e
10¹º Hertz.
Spettro elettromagnetico
Nella parte più bassa dello spettro troviamo le
onde radio con lunghezza d’onda compresa tra
10cm e 10km e frequenza compresa tra 109 e
10 hertz.
Come possiamo notare dalla figura le onde
elettromagnetiche sono generate da sorgenti che
hanno dimensioni paragonabili alla lunghezza
d’onda che emette o riceve.
Spettro elettromagnetico
I raggi gamma sono generati
dagli acceleratori di particelle e
riescono a rilevare oggetti dello
stesso ordine di grandezza
come i quark contenuti
all’ interno dei protoni; le onde
radio sono generate da antenne
paraboliche e antenne radio
dalle dimensioni
macroscopiche, riescono a
rilevare oggetti molto grandi
come una casa.
Spettro elettromagnetico
Quando invece la lunghezza d’onda è maggiore rispetto
alla dimensione dell’oggetto,l’onda subisce la diffrazione
e non si ha un’immagine chiara dell’oggetto.
Spettro elettromagnetico
Una volta chiarito questo concetto non è difficile
comprendere come mai lo spettro sia costituito da
zone scure e zone chiare. Le zone chiare sono
quelle nelle quali le onde elettromagnetiche
attraversano l’atmosfera,mentre le zone scure sono
quelle nelle quali le onde elettromagnetiche non
attraversano l’atmosfera. Come possiamo notare
quindi la luce visibile e le onde radio attraversano
l’atmosfera.
Spettro elettromagnetico
La luce è una forma di radiazione
elettromagnetica che consiste in
rapidissime oscillazioni del campo
elettromagnetico. Essa si propaga in linea
retta in tutte le direzioni provocando un
trasferimento di energia e non di materia,
da ciò deriva la sua natura ondulatoria.
Spettro elettromagnetico
Secondo Einstein è
necessario supporre che
la luce stessa sia
composta da singoli
pacchetti di energia, i
quanti del campo
elettromagnetico, che più
tardi furono chiamati
fotoni.
Albert Einstein
Spettro elettromagnetico
Per tutto il 1700 il modello che ebbe maggior
credito fu quello corpuscolare, ma all’inizio del
1800 prese il sopravvento il modello
ondulatorio. Oggi i due modelli coesistono in
quanto insieme a fenomeni ondulatori, ce ne
sono altri spiegabili solo pensando che la luce sia
formata da corpuscoli. Essendo la luce un’onda
elettromagnetica essa viaggia ad una velocità di
300.000 Km/s, che è il massimo valore della
velocità raggiunta.
La dispersione
Un raggio di luce di un solo colore, che incide sulla faccia
di un prisma di vetro a sezione triangolare, subisce due
rifrazioni. Una quando passa dall’aria al vetro e l’altra
quando passa dal vetro all’aria, dopo aver attraversato il
prisma.
La dispersione
Se sul prisma incide un
sottile fascio di luce
bianca, dall’altra parte
emerge un fascio più
spesso e colorato.
Nell’ordine si distinguono
il rosso, l’arancione, il
giallo, il verde, l’indaco e il
violetto. Questo
fenomeno è noto come
dispersione della luce.
La diffrazione
Quando un fascio di luce colpisce un
ostacolo che ha dimensioni confrontabili o
minori della sua lunghezza d’onda,il fascio di
luce aggira l’ostacolo e colpisce la cosiddetta
zona d’ombra. Se il fascio di luce è di un
solo colore e si pone uno scherma al di là
della fenditura, su di esso compaiono delle
frange chiare e scure alternate.
Le onde a radio
frequenza
Onde a radio frequenza
Guglielmo Marconi
(1874/1937), realizza
un sistema pratico ed
intelligente di
comunicazione a
distanza senza
l’impiego di fili o cavi
elettrici.
Onde a radio frequenza
Marconi inventa, il sistema
antenna-terra e
finalmente la trasmissione
supera l’ostacolo di una
collina; questo
esperimento storico
celebra la “nascita”della
radio.
Onde a radio frequenza
Marconi riceve il premio Nobel per la fisica nel
1909.
Onde a radio frequenza
Il giorno dopo la sua morte, le stazioni radio di tutto il mondo
interrompono le trasmissioni per due minuti in memoria
dell’uomo le cui invenzioni conquistano il mondo.
Onde a radio frequenza
Le onde radio sono
utilizzate per le
trasmissioni
radiofoniche e
televisive.
Onde a radio frequenza
Esse occupano la fascia
bassa dello spettro con
lunghezze d’onda
comprese tra (10 km e
10 cm).
Onde a radio frequenza
Le onde radio possono
essere trasmesse a
distanza di diverse
migliaia di km grazie
alla riflessione che esse
subiscono da parte degli
strati ionizzanti
dell’atmosfera.
Onde a radio frequenza
I segnali televisivi
viaggiano su onde che
hanno frequenze più
alte, possono quindi
essere captate soltanto
dalle antenne che
“vedono” il
trasmettitore.
Onde a radio frequenza
Il telefonino, la radio e
la televisione fanno
uso di onde a radio
frequenza. Esse sono
uno strumento rapido
e versatile per
trasportare
informazioni a
distanza.
Onde a radio frequenza
Per imprimere su un’onda
elettromagnetica
sinusoidale le
informazioni contenenti i
parole, immagini e suoni
occorre modulare l’onda,
cioè modificare la sua
ampiezza o la sua
frequenza.
Onde a radio frequenza
Un esempio nel quale occorre la modulazione di
ampiezza è: una stazione radio. La quale con la frequenza
di un MHz emette continuamente un’onda
elettromagnetica della stessa frequenza, anche quando la
radio ricevente non emette alcun segnale sonoro.
Onde a radio frequenza
Un esempio nel quale occorre
la modulazione di frequenza
è: il telefono;
in quanto se si dovesse
assegnare a ogni telefono
mobile una frequenza, in
Italia esisterebbero solo 1200
telefonini,uno per ciascuna
banda, larga 25Hz compresa
tra 890 e 920 MHz, cioè
l’intervallo destinato alla
telefonia mobile