onde elettromagnetiche

Onde elettromagnetiche

Victoria Hakalo

Liceo Scientifico Filolao

2022\2023

Le equazioni di Maxwell sono di fontamentale importanza in quanto riassumono tutte le proprietà del campo elettrico e magnetico, permettono di prevedere l'esistenza delle onde elettromagnetiche

Equazioni di Maxwell

onde elettromagnetiche

Leggi di Maxwell

Nel 1873 Maxwell completò la relaborazione delle leggi dell,elettromagnetismo e pubblicò nel Trattato sull'elettricità e sul magnetismo le equazioni.

1.

3.

Teorema di Gauss

Legge di Faraday-Neumann

4.

2.

Legge di Ampère-Maxwell

Teorema di Gauss

Onde elettromagnetiche

La velocità delle onde elettromagnetiche

Consideriamo le equazioni di Maxwell nel vuoto, Nell'ipotesi che non ci siano cariche q=0 e che non ci siano correnti i=0. In base alla legge di Ampère-Maxwell, un campo elettrico variabile genera un campo magnetico che genersa, per la prima legge di Faraday-Neumann un campo magnetico anch'esso variabile (processo di induzione reciproca). Maxwell dimostrò che i successivi campi elettrici e magnetici si formano in punti a mano a mano più lontani dal punto iniziale, dando origine a un onda che si propaga dello spazio. La velocità delle onde elettromagnetiche è numericamente uguale alla velocità della luce, cioè 3*10^8. partendo dalla formula qui illustratta, si ha la velocità dell'onda elettromagnetica in un mezzo: v=c\n , dove c indica la velocità della luce nel vuoto, mentre n l'indice di rifrazione del mezzo.

Le onde elettromagnetiche

Le proprietà delle onde elettromagnetiche

Dopo la morte di Maxwell, Heinrich Rudolph Hertz creò un apparecchio che gli permise di produrre e studiare delle onde. Oggi il modo più semplice è con l'utilizzo dell'altenne a dipolo elettrico, aste di metalo collegate con i poli di un generatore di tensione alternata. la variazione del campo magnetico generato a sua volta un campo elettrico variabile le cui linee di forza sono circonferenze posizionate in un piano // alle linee del campo magnetico.

Le onde elettromagnetiche si propagano in ogni direzione, ma a una certa dostanza dall'antenna una porzione limitata del fronte d'onda sferico può essere chiamata onda piana, in cui si prende un onda su una delle infinite rette. Il vettore E giace sempre su un piano // a quello del vettore B. L'onda è trasfersale, perchè la direzione di oscillazione dei vettori E e B è sempre // alla direzione di propagazione dell'onda di relazione: E=cB

Le onde elettromagnetiche

Ricreazione delle onde elettromagnetiche

Polarizzazione

La polarizzazione delle radiazioni elettromagnetiche è una caratteristica delle onde elettromagnetiche, indica la direzione dell'oscillazione del vettore campo elettrico durante la propagazione dell'onda dello spazio-tempo. L'intensità della luce che attraversa un filo polarizzato riemerge ridotta secondo la legge di Malus: I=I0cos20 I0 e I sono rispettivamente le intensità della luce incidente e di quella riemergente, mentre 0 è l'angolo tra il piano di vibrazione della luce incidente e la direzione di polarizzazione del filtro. In presenza di di campi magnetici e elettronici costanti le rispettive densità di energia, che rappresentano l'energia mmagazzinata in un volume unitario, sono date da δΕ=(1/2)ε0Ε² e δM=(1/(2μ))B² dove si ha δ=(1/2)ε0E², La densità media delle energie del campo magnetico e elettrico

La creazione delle onde si realizza con un processo inverso rispetto a quello con cui vengono prodotte. Le onde elettromagnetiche che raggiungono l'antenna ricevente agiscono sulle cariche elettroniche. Per avere la massima efficacia, i fili dell'antenna devono essere disposti in modo // al campo elettrico dell'onda. Gli elettroni oscillano di moto armonico, dando origine a una corrente alternata nel circuito LC dell'antenna. Per ricevere l'onda di frequenza f si regola la capacità C del condensatore, in modo da avere f0 uguale a f dell'onda che si vuole ricreare.

Le onde elettromagnetiche

lo spettro elettromagnetico è l'insieme ordinato delle radiazioni emesse da un corpo, o meglio dall'insieme delle reazioni monocromatiche risultanti dalla composizione da una luce o irraggiamento complesso. Il fenomeno che crea la scomposizione della luce è detto rifrazione. In base alla lunghezza d'onda si hanno diverse frequenze, che vengono usate dall'uomo.

Onde radio, hanno uan lunghezza compresa tra qualche decina di kilometri e 10 cm e si producono grazie alla oscillazione degli elettroni nei conduttori metallici delle antenne. Grazie ad esse nel 1895 Guglielmo Marconi riusci ad comunicare a lunga distanza per la prima volta. Le onde vengono riflesse dagli ioni dell'atmosfera, riuscendo a comunicare fra luoghi distanti. Per i segnali telefisivi occorono dei ripetitori, dato che questi segnali non riescono a seguire la curvatura della terra.

La lunghezza d'onda del microonde va indicata da 10 cm a 1mm. Esse sono generate in tubi particolari, dove gli elettroni si muovono sotto l'influenza di campi elettopmagnetici.

Le onde elettromagnetiche

Luce visibile

La luce visibile è formata da un intervallo di radiazioni fra 0,7 e 0,4. La luce viene prodotta delle variazioni energetiche da urti ed è emessa da corpi a temperatura molto elevate. Svolgono un ruolo fondamentale per processi della fotosintesi.

Raggi infrarossi

La loro lunghezza d'onda varia tra i 1 mm e 0,7 μm. Sono prodotti da radiazioni o vibrazioni atomiche causate da urti tra le molecole. Il 50% delle radiazioni emesse dal sole appartengono ai raggi infrarossi. Anche l'uomo emette radiazioni, fotografate tramite le pellicole sensibili. Questi vengono usati per scaldare spazi, cibo o per curare diversi dolori grazie alla termoterapia.

Le onde elettromagnetiche

Raggi x e Y

I raggi X , scoperti nel 1895 da Rontgen, hanno una lunghezza cha varia tra i 10 nm e 0,01 nm. Si originano quando un elettrone ad alta energia urta un metallo, subendo una rapida decelerazione. I raggi X vengono assorbiti dai tessuti, uccidono la cellula e possono indurre mutazioni genetiche. Vennero usati da Crick e Watson per scoprire la forma del DNA. I raggi Y hanno lunghezza inferiore a 0,01 nm. Sono emerssi dai nuclei instabili delle sostanze radioattive naturali o artificiali. Creano masse di energia, possono essere ottenuti quando gli elettroni ad alta energia colpiscono un bersaglio. Questo tipo di raggi viene sfruttato nella terapia dei tumori e in diverse applicazioni, tra cui PET, che consente di avere immagini di organi interni. Sono molto pericolosi, possono produrre mutazioni, bisogna avere diversi cm di protezioni in piombo

Raggi ultravioletti

Hanno lunghezze che variano da 0,4 mμ e 10 mμ. Vengono generati da oscillazioni di elettroni fortemente legati al nucleo. La sorgente naturale più importante è il sole. Le radiazioni UV sono radiazioni visibili, ionizzanti, penetrano profondamente nei tessuti della pelle, permettono la produzione di melanina. In caso di esposizioni prolungate, possono favorire l'insorgenza di tumori. Artificialmente sono prodotti nei sincrotoni, dove fasci di elettroni vengono accelerati e deviati tramite campi magnetici, producendo onde. Vengono usati per sterilizzare strumenti.