ELETTROMAGNETICHE E LA LUCE LE ONDE ELETTROMAGNETICHE E LA LUCE

Il campo elettromagnetico È costituito dalla combinazione del campo elettrico e del campo magnetico. È generato localmente da qualunque distribuzione di carica elettrica variabile nel tempo. Si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche. Casi particolari del campo elettromagnetico sono il campo elettrostatico e il campo magnetico statico, poichè sono generati da cariche ferme oppure da correnti continue.

Le onde elettromagnetiche Le equazioni di Maxwell insieme alla forza di Lorentz caratterizzano le proprietà del campo elettromagnetico e della sua interazione con oggetti carichi. Facendo oscillare una carica Q tra due punti, si genera un campo elettrico variabile che genera un campo magnetico variabile, il quale crea a sua volta un campo elettrico indotto. I tre campi sono generati in tre punti diversi. Questo processo ininterrotto fa sì che il campo elettromagnetico si propaga (anche nello spazio vuoto), creando un'onda elettromagnetica. Un'onda elettromagnetica trasporta energia e si propaga anche quando la carica elettrica smette di muoversi.

Velocità della luce Colore Frequenza (THz) Lunghezza d’onda (nm) VIOLETTO 668 - 789 380 – 450 BLU 631 - 668 450 - 475 CIANO 606 - 631 476 - 495 VERDE 526 - 606 495 - 570 GIALLO 508 - 526 570 - 590 ARANCIONE 484 - 508 590 - 620 ROSSO 400 - 484 620 - 750 Le onde elettromagnetiche si muovono alla velocità della luce. L'esperimento di Young ha dimostrato che la luce è una particolare onda elettromagnetica e ha calcolato la lunghezza d'onda (la frequenza). Diversi colori della luce corrispondono a diverse lunghezze d'onda. I fenomeni ottici di base sono la riflessione, la rifrazione e la dispersione della luce

Le leggi della riflessione Il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di incidenza appartengono allo stesso piano L’angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione https://www.youtube.com/watch?v=k7ohfaMmTKg

Il principio di Huygens - Fresnel Permette di calcolare l'evoluzione delle onde nel tempo Tutti i punti di un fronte d'onda possono essere sorgenti (puntiformi) di un'onda sferica secondaria, della stessa frequenza dell'originale Le onde secondarie, sovrapponendosi, formano un fronte d'onda successivo tangente ad esse Fresnel notò che l'intensità delle onde è massima nel verso che si allontana da O e diminuisce nella direzione opposta

Analisi della riflessione della luce I punti del fronte d’onda AB, incidendo su uno specchio piano, generano onde secondarie che, sovrapposte, formano il fronte DC. Nel tempo che il fronte in B impiega per arrivare in C, il fronte A arriva in D. Da questo è possibile dimostrare la congruenza dei triangoli ACD e ACB, quindi l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione

La rifrazione La velocità v della luce in un mezzo trasparente è legata alla velocità della luce nel vuoto (c), attraverso la relazione: n è detto indice di rifrazione proprio del materiale considerato, ed è un numero puro. Essendo , la velocità della luce in un mezzo materiale trasparente è sempre minore di c. La rifrazione si verifica quando la luce attraversa la superficie di separazione tra i due materiali trasparenti con indici di rifrazione diversi

Le leggi della rifrazione Raggio incidente, raggio rifratto e perpendicolare alla superficie di separazione nel punto di incidenza appartengono allo stesso piano Legge di Snell: il rapporto tra i seni dell'angolo di incidenza e dell'angolo di rifrazione è uguale a una costante data dal rapporto: , detto indice di rifrazione relativo. Se cambia l'angolo di incidenza, cambia anche quello di rifrazione, secondo la relazione:

Il Principio di Huygens e la rifrazione

Lo spettro luminoso La luce bianca è la sovrapposizione dei diversi colori che essa contiene. Lo spettro luminoso è l'insieme dei colori nella luce visibile.

La dispersione della luce La dispersione della luce è un fenomeno che si ottiene facendo passare della luce bianca su un prisma. L’ angolo di deviazione è l’ angolo formato da la direzione del raggio incidente e la direzione del raggio uscente dal prisma.

La riflessione totale Dalla legge di Snell: Se , l'angolo esiste in ogni caso. . Se , la funzione esiste solo se l'argomento dell' arcoseno è minore o uguale a 1. L'angolo limite è l'angolo di incidenza a cui è associato l'angolo di rifrazione massimo si ha quando l'argomento dell'arcoseno è uguale a 1. Se l'angolo di incidenza è maggiore dell'angolo limite, non può avvenire la rifrazione, ma avviene la riflessione totale.

I PRINCIPALI UTILIZZI DELLE ONDE Le onde elettromagnetiche hanno migliorato molti aspetti della vita quotidiana. Come?

Le fibre ottiche Fili sottili trasparenti in cui la luce si propaga da un estremo all’altro grazie a riflessioni interne ; la parte interna ha indice di rifrazione maggiore della parte che riveste il cavo che può essere anche incurvato e intrecciato.

Il sensore di pioggia Il fenomeno dell’angolo limite è applicato al sensore di pioggia delle automobili, il raggio di luce proveniente dall’esterno ha un angolo di inclinazione di 45 gradi rispetto alla superficie di separazione vetro-aria . Il parabrezza,rispetto all’aria, ha un angolo limite di 42 gradi quindi il raggio non può uscire dal vetro ed è completamente riflesso verso un sensore di luce. quando piove il parabrezza si bagna. Per la coppia di materiali vetro-acqua l’angolo limite è di 63 gradi quindi il raggio di inclinazione di 45 gradi può uscire dal vetro.

Radio e televisione I programmi radio e TV analogici sono trasmessi dalle cosiddette onde radio, particolari onde che viaggiano sulle lunghe distanze grazie a una notevole lunghezza d’onda (87,50 – 108 MHz radio; 119-224MHz VHF e 470-862MHz UHF TV)

Cellulari e connettività I telefoni cellulari trasmettono segnali attraverso onde a frequenza variabile (900-1800 MHz) a lunghissime distanze. I moderni router wi-fi, le connessioni a banda larga, NFC e Bluetooth permettono di condividere dati e connessioni Internet per mezzo di onde elettromagnetiche ad alta frequenza (2,4 – 5 GHz)

Radiazioni Il Sole emette radiazioni visibili sotto forma di luce (spettro visibile) e raggi infrarossi e ultravioletti, non visibili, ma in grado di trasportare energia. I raggi X sono utilizzati nelle radiografie mediche (e non), oppure l’energia dei raggi gamma viene sfruttata nelle centrali nucleari

Tiziano Guglielmi – Rossella Cocco – Lucy Plescia – Ornella Musacchio FINE Tiziano Guglielmi – Rossella Cocco – Lucy Plescia – Ornella Musacchio