Radiazione e Materia
Lo spettro di Corpo Nero
La Radiazione Elettromagnetica
 
 Schiusa E 
 Schiusa
QTot . in
 0
B 0
Schiusa
 
 

B
d  S 1
 
1E  dl   dt
 

d
 B2  dl  0 I S 2   0 dt  S 2 E
 
Legge di Gauss

 
 QTot in Schiusa
 E  dsi N  S chiusa E 
N
i 1
0

 

 E  dsi N   Schiusa E  0
N
i 1
La legge di Gauss si verifica
sperimentalmente
vera anche per cariche in moto
3
Legge di Gauss
Forza di Coulomb
Forza tra cariche e Campo Magnetico
qIv
F
d


 
FTot  qv  B  qE
5
Divergenza di B
S1
B
B
B
S2
I
S3
B


S B  0
B
B
I
6
Induzione Elettromagnetica
Esperienze di Faraday (1831)
7
B non uniforme
=
8
Legge di Faraday – Neumann - Lenz
f fem  
 fem  BS sin t 
d S


B
dt
 
d S
 E  dl   dt


B
9
Legge di Ampére

 
 B  dl   B  dl
i 1,..., N
i
i
N 

Circuitazione del campo magnetico
 
 B  dl  0

I
i
= 0( i1 + i2 - i3)
Correnti
concatenate
con la curva 
 B  dl     J 
0
S
10
La corrente di spostamento di Maxwell
I
V
I t   0 e t / RC
R
 

 B  dl  0 I t   0 S  j 

Legge di Ampére
 

 S  j   0   B  dl ????

Ma…
j spost
I spost   0
d S
dt
 

E
S è arbitraria!!


 dE 



  S   0
  S jspost 

dt 



 Schiusa  jcond  jspost   0
j cond
11
Oscillazioni del campo E.M.
Cavità risonante
Oscillatore LC
L
C
t
Q(t )

C
  I (t ' )dt '
0
C

d S
dt


B
2
 L
dI
dt
d I
1

I
2
dt
LC
I  I 0 sin( 0t   ) 0 
d 2I
1

I
2
dt
LC
1
LC
12
Equazione delle Onde
 E ds  
 B  ds  ( B  dB) h  B h  h dB
B
dx
dB
dE
B

d
s



0 0

dt
dt
 
 E  ds  ( E  dE ) h  E h  h dE
B+ dB
 B   B  h dx   h dE  h dx dB  dE   dB
dt
dE
dE
 E   E  h dx  
 h dx

dt
dt
E
B

x
t

B
E
 0 0
x
t
2E
2E
 0 0 2
2
x
t
dx
dt
dE 

 h dB   0 0  h dx

dt 

1
 0 0  2
c
c  299 792 458 m/s
13
Onde
Elettromagnetiche
e Luce
Onde Hertziane (1887)
1  f
 f  2 2 0
c t
2
2
NON INVARIANTE SOTTO
TRASFORMAZIONI DI GALILEI
14
Caratteristiche principali delle Onde EM
E  Em sin  kx  t  B  Bm sin  kx  t 
Onde trasversali
POLARIZZAZIONE
Em  c Bm
k  2 / 
Numero d’onda:
  2 / T
Frequenza angolare:

 ck
Densità
di energia
I
1
2
Eqm
c0
Em
Eqm 
2
Legge di dispersione
1
1
1  1
2
2
uE   0 E   0  cB    0  
2
2
2   0 0
Flusso di energia
istantanea
1 2
S
E
c0
S
1
0
2
 
B2
 uB
 B  

2 0
 
EB
V. Poynting
15
Trasporto di energia e momento
Una sorgente puntiforme emette onde elettromagnetiche sferiche:
PS
potenza
I

area
4 r 2
 energia/tempo 
 potenza 
S 
 

area

ist  area ist
U t
I
A
F 
IA
c
assorbimento totale
pr 
Sincidente
I
pr 
c
F
A
F 
2 IA
c
U  IA t
p
F
t
riflessione totale
pressione di radiazione
Sriflessa
p
Sincidente
p
2I
pr 
c
Sorgenti di radiazione
(primarie )
Lampadina ad incandescenza
Converte energia elettrica in
termica e quindi radiante.
Tubo al neon e fulmini
Convertono energia elettrica
in energia di ionizzazione e poi radiante.
Sole e stelle
Converte energia nucleare in radiante.
Fiamma
Converte energia chimica (combustione)
in energia radiante.
Aurore
Converte energia cinetica
in energia di eccitazione in energia radiante.
17
Lo Spettro E.M.
Visibile
1666 – Newton disperde la luce visibile con un
prisma. Il visibile è prodotto da transizioni degli
elettroni in atomi e molecole e da corpi molto caldi
Infrarosso
1800 – Herschel mostra che la radiazione solare si
estende nell’infrarosso.
L’infrarosso è prodotto da transizioni rotazionali e
.
vibrazionali
delle molecole e da corpi caldi.
Ultravioletto (UV)
1801 – Ritter in modo analogo all’IR scopre la
luce ultravioletta. L’UV è prodotto da transizioni
elettroniche di atomi ionizzati.
Onde radio e microonde
1885 – Hertz scopre le onde radio.
Le onde radio sono prodotte da dispositivi
elettrici e elettronici, da
radiazione di fondo cosmico e alla radiazione di
frenamento.
Raggi X e Raggi 
1896 - Roentgen scopre i raggi X.
1914 - Rutherford identifica i raggi 
I raggi X sono prodotti nelle transizioni elettroniche
negli atomi di elettroni di shell interne. I raggi  sono
18
prodotti nelle reazioni nucleari.
Caratteristiche dello spettro
19
Spettri discreti
e continui
Mesagne, 12/04/2008
20
emissione
Irraggiamento
e
«per ogni sostanza il
comportamento rispetto
all'emissione e
all'assorbimento, a parità di
temperature, è il medesimo»
assorbimento
riflessione
trasmissione
e=a
Radiatore Perfetto
CORPO NERO
Pemiss  f T 
II Principio della
Termodinamica
Assorbitore Perfetto
CORPO NERO
.
Campo E.M. in una Cavita’
Numero di modi in una cavita’
Numero di modi/Volume lungh. d’onda
Densita’ di energia/lungh.d’onda
Equipartizione
dell’energia
Legge di Rayleigh - Jeans
Spettro di Corpo Nero
E  h
     T
2
L.Wien
max T  2.898  10 m K
3
0
Statistica Boltzmann
Ipotesi di Planck (1900): per ogni data frequenza, il sistema materiale può
scambiare con la radiazione multipli interi di un quanto fondamentale
E  h
http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/hframe.html
h 3
   
e
h
k BT
1
23