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 …
Fenomeni ondulatori
Le caratteristiche delle onde
perturbazione che si propaga nello spazio e nel tempo
I tipi di fronte d’onda
Legge di Faraday
Le equazioni di Maxwell
Le equazioni di Maxwell
Le equazioni di Maxwell
Le onde elettromagnetiche
Le onde elettromagnetiche
L’onda elettromagnetica ci apparirà come indicato
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 1m2; il modulo di S mi fornisce la densità di potenza irradiata
(W/m2)
• La propagazione e la relativa attenuazione di tale energia sono alla
base della trasmissione elettromagnetica e della conseguente
limitazione della distanza di trasmissione
Polarizzazione delle onde
elettromagnetiche
Polarizzazione delle onde
elettromagnetiche
Un’onda emessa in polarizzazione verticale (orizzontale) può essere
ricevuta solo da una antenna verticale (orizzontale).
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
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.
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.
c
n
v
l’indice di rifrazione n:
- dipende dalla lunghezza
d’onda della luce
- legge di Snell:
L’indice di
rifrazione
sen i
nr
sen r
ni
ni= indice di rifrazione del
mezzo in cui viaggia il
raggio incidente
nr= indice di rifrazione del
mezzo in cui viaggia il
raggio rifratto
i
r
mezzo
indice
aria
1,0003
acqua
1,33
vetro crown
1,52
polistirene
1,55
quarzo
1,46
Riflessione totale
ni
sen r sen i
nr
r1
se ni > nr, per raggi con
sen i = nr /ni si ha
riflessione totale
fibra
ottica
r2
i3
i2
i1
s3
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):
Esperimento di Young (1801)
La diffrazione può essere studiata
in modo quantitativo usando il
fenomeno di interferenza
Frange di interferenza
frange chiare
frange scure
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
d sin m 12
L d sin int
con m=0,1,2,... massimi, frange chiare
minimi, frange scure
