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
 Le onde elettromagnetiche si muovono
Colore
Frequenza
(THz)
Lunghezza
d’onda (nm)
alla velocità della luce.
m
c  2,99 10
s
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
8
 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
1. Il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla
superficie riflettente nel punto di incidenza appartengono
allo stesso piano
2. 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:
c
v
n
 n è detto indice di rifrazione proprio del materiale
considerato, ed è un numero puro.
 Essendo n  1, 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
1. Raggio incidente, raggio rifratto e perpendicolare alla superficie
di separazione nel punto di incidenza appartengono allo stesso
piano
2. 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: n1 , detto indice di rifrazione relativo.
n2
3. Se cambia l'angolo di incidenza, cambia anche quello di
rifrazione, secondo la relazione:
n1
sen î  sen rˆ
n2
Il Principio di Huygens e la rifrazione
c
v1  ;
n1
CC   AC   sen î ;
AD  AC   sen rˆ
CC  CC 
AC   sen î
t 

 n1 
 n1
v1
c
c
c
AD  v 2  t   t
n2
c
AC   sen rˆ   t
n2
c AC   sen î
 AC   sen rˆ  
 n1
n2
c
sen î n 2


sen rˆ n1
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
n1
 n1

 Dalla legge di Snell: sen rˆ   sen î  rˆ  arcsen  sen î 
n2
 n2

 Se n1  n2 , l'angolo esiste in ogni caso. sen rˆ  sen î.
n1  n2 , la funzione esiste solo se l'argomento dell'
arcoseno è minore o uguale a 1.sen rˆ  sen î
 Se
 L'angolo limite è l'angolo di incidenza a cui è associato
l'angolo di rifrazione massimo r max  90si ha quando
n1
l'argomento dell'arcoseno è uguale a 1.  lim  arcsen
n2
 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 470862MHz 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