CAMPO E ONDE ELETTROMAGNETICHE

ELETTROMAGNETISMO

LE ONDE

campo elettromagnetico e onde elettromagnetiche

INDICE

1. Campo elettromagnetico

7. Energia e quantità di moto

2. Onde elettromagnetiche

8. Polarizzazione

3. Cosa è un'onda?

9. Filtro polarizzatore

4. Velocità della luce

10. Legge di Malus

11. Esercizio

5. Onde piane

6. Ricezione delle onde

12. Collegamenti

CAMPO ELETTROMAGNETICO

DALLE EQUAZIONI DI MAXWELL

CAMPO ELETTROMAGNETICO

La seconda e la quarta equazione di Maxwell esprimono un legame profondo tra il campo elettrico e il campo magnetico. Ciò significa che E e B non sono più indipendenti come nel caso statico, ma sono aspetti diversi di un unico ente fisico, il campo elettromagnetico, che si manifesta nei fenomeni elettromagnetici. Dunque, le equazioni di Maxwell, unite al principio di conservazione della carica elettrica e alla forza di Lorentz, consentono di affrontare con successo lo studio dei fenomeni elettromagnetici: per questa ragione sono considerate uno dei capisaldi della fisica classica.

DAL CAMPO ALLE ONDE ELETTROMAGNETICHE

Maxwell teorizzò che un campo elettrico variabile genera un campo magnetico variabile (teorema di Ampère generalizzato), il quale a sua volta genera un campo elettrico indotto (legge di Faraday-Neumann-Lenz). L’oscillazione di un campo elettrico, cioè la variazione della sua intensità in un punto al variare del tempo, genera l’oscillazione di un campo magnetico in punti vicini e così via: l’oscillazione si propaga nello spazio sotto forma di onda elettromagnetica.

COS'E' UN'ONDA?

Un’ onda è una perturbazione che propagandosi nello spazio trasporta energia senza che ci sia trasporto di materia.Le onde possono essere divise in due grandi categorie: - onde meccaniche o elastiche - onde elettromagnetiche.

In particolare le onde elettromagnetiche si propagano sia nella materia sia nello spazio vuoto, Trasportano energia e continuano a propagarsi anche quando la carica che le ha generate smette di muoversi o quando la sorgente non le emette più.

ONDE PIANE E RICEZIONE

In base al principio secondo cui una carica che oscilla genera un onda elettromagnetica funzionano le antenne per la trasmissione di onde radio.. Un’antenna trasmittente è una struttura di metallo, lungo la quale gli elettroni vengono fatti oscillare avanti e indietro molto rapidamente. Il moto degli elettroni è guidato dalla tensione fornita da un apposito circuito oscillante, che determina la frequenza f. Mentre gli elettroni oscillano di moto armonico, l’antenna emette un’onda elettromagnetica di frequenza f che si propaga nello spazio.

Tuttavia vista da lontano un'antenna trasmittente è praticamente puntiforme, infatti un singolo ricevitore viene investito da porzioni molto piccole di fronti d'onda cioè da porzioni approssimativamente piane e per questo, al momento della ricezione, le onde elettromagnetiche possono essere rappresentate come onde piane

Consideriamo ora una delle infinite rette che si dipartono dall’antenna. Essa rappresenta la direzione di propagazione dell’onda.In ogni punto di questa retta troviamo un campo elettrico E e un campo magnetico B che sono: - perpendicolari e proporzionali tra loro; - perpendicolari alla direzione di propagazione dell’onda - modulo

I moduli dei due campi variano nello spazio con andamento sinusoidale e oscillano in fase, ovvero raggiungono i respettivi massimi e minimi negli stessi punti e, dove si annulla uno, si annula l'altro.

ENERGIA E QUANTITA' DI MOTO

Il fatto che un'onda elettromagnetica possa mettere in movimento gli elettroni, ovvero che sei capace di compiere un lavoro indica che possiede energia. Infatti, proprio i fenomeni di elettrostatica e l'induzione elettromagnetica ci dimostrano che il campo elettrico e il campo magnetico contengono energia con densità volumica pari a: Dato che questa densità di energia varia nel tempo è necessario trovare il suo valore medio, In particolare le onde oscillano seconda la legge sinusoidale e quindi We e Wb variano tra zero e i rispettivi valori massimi e di conseguenza il valore medio di una grandezza che questo andamento temporale sarà la metà del suo valore massimo.

Dato che il campo elettrico e il campo magnetico contribuiscono in parti uguali alla densità media, essa si può esprimere come:

UN'ONDA ELETTROMAGNETICA TRASPORTA ENERGIA

UN'ONDA ELETTROMAGNETICA TRASPORTA QUANTITA' DI MOTO

un'onda elettromagnetica trasferisce la quantità di moto a qualsiasi corpo grazie all'interazione con le cariche che si trovano al suo interno Se un corpo assorbe energia, esso riceve nella direzione di propagazione dell'onda una quantità di moto con modulo: se l'onda viene invece riflessa, la variazione della sua quantità di moto è doppia

L'energia media trasportata da un'onda in un intervallo di tempo su una superficie si definisce irradiamento: Quindi sostituendo

VS

ONDE POLARIZZATE

La direzione del campo elettrico di un onda elettromagnetica piana è detta direzione di polarizzazione. Un'onda elettromagnetica piana è polarizzata quando la direzione del suo campo elettrico è costante o varia con una legge ben precisa in funzione di tempo e posizione Le onde polarizzate verticalmente e orizzontalmente sono un esempio di polarizzazione lineare poiché il campo elettrico oscilla restando sempre parallelo a se stesso.

LUCE: ONDA NON POLARIZZATA

Dunque ogni onda polarizzata può essere descritta come sovrapposizione di un'onda polarizzata verticalmente e un'onda polarizzata orizzontalmente. La luce è un'onda non polarizzata poiché è c'è una sovrapposizione di più onde elettromagnetiche che singolarmente sono polarizzate, ma hanno polarizzazioni diverse e casuali. Tali onde però possono essere estratte tramite filtri appositi.

FILTRO POLARIZZATORE

Un filtro polarizzatore è un filtro che si lascia attraversare delle onde luminose polarizzate linearmente in una certa direzione assorbendo tutte le altre.Quando questo è colpito da un fascio di luce naturale con un certo irraggiamento, la luce da esso trasmessa ha un irradiamento dimezzato, poiché possiamo immaginare la luce come la sovrapposizione di un'onda polarizzata linearmente in una direzione e una polarizzata linearmente nella direzione perpendicolare, dunque la luce sembra essere composta perché metà da onde con la polarizzazione giusta e per metà da onde con polarizzazione sbagliata.

LEGGE DI MALUS

Un filtro polarizzatore sappiamo che dimezza l'irradiamento della luce che lo attraversa quando essa non è polarizzata, ma cosa accade se il filtro è colpito da una luce di irradiamento polarizzata linearmente? L'irradiamento della luce trasmessa dipende dall'angolo ALFA tra la direzione di polarizzazione della luce incidente e l'asse di trasmissione del filtro secondo la legge di Malus

DIMOSTRAZIONE:

ESERCIZIO

IRRADIAMENTO

"Un elicottero in volo capta un segnale che ha un irradiamento di 6,5 x I0° W/m? emesso da un trasmettitore auna distanza di 5,0 km. > Calcola l'ampiezza massima del campo elettrico e quella del campo magnetico dell'onda elettromagnetica nel punto in cui raggiunge l'aereo. > Calcola la potenza media emessa dal trasmettitore. (Supponi che il trasmettitore emetta onde elettroma- gnetiche uniformemente in ogni direzione.)

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Il Manifesto Futurista di Filippo Tommaso Marinetti

La propaganda fascista e nazista attraverso la radio

Onde sismiche e feniomeni sismici

Orwell (1984)

integrale e rapporto incrementale

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Eliot e la teoria del tempo

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