Onde piane nel vuoto Equazione delle onde nel vuoto H E 0 t H 0 E t E 0 H 0 H 2 E E 0 0 0 2 t t E E 2 E 2 E 2 2 2 2 2 2 2 x y z Equazione delle onde nel vuoto 1 E E 2 2 0 c t 2 2 1 c 0 0 310 [m/s] 8 Analogamente, eliminando E si trova 1 H H 2 2 0 c t 2 2 Onde piane uniformi nel vuoto 2 E 2 E 2 E 1 2 E 2 2 2 0 2 2 x y z c t Ex Ey Ez 0 x y z ( = x, y, z) Studiamo l’evoluzione spazio-temporale di un generico campo dinamico che non dipende né da x né da y. . 2 E 1 2 E 2 0 2 2 z c t Ez 0 z ( = x,y,z) equazione di D’Alembert Soluzione dell’equazione di D’Alembert E f (z ct) g (z ct) f , g funzioni arbitrarie C1 Le funzioni f e g rappresentano un moto ondulatorio, che si propaga nei due versi di z alla velocità della luce f (z ct) t=0 0 t>0 z ct g (z ct) t>0 t=0 ct 0 z Effetto della condizione Ez 0 z Ez fz (z ct) gz (z ct) fz gz 0 f z gz z z Ez fz gz cost. Poiche siamo interessati solo a soluzioni dinamiche poniamo Ez 0 Ex fx (z ct) gx (z ct) E E (z ct) E (z ct) Ey f y (z ct) gy (z ct) fx x y E z fy La soluzione dell’equazione delle onde relativa al campo magnetico ha forma analoga. H H (z ct) H (z ct) L’evoluzione spazio-temporale del campo elettromagnetico è di tipo ondulatorio. Le onde rappresentate da E ,H ed E ,H si propagano alla velocità della luce, senza deformarsi, nella direzione dell’asse z, nel verso positivo e negativo, rispettivamente. Tali onde sono piane e uniformi, perche il campo assume simultaneamente gli stessi valori sui piani perpendicolari alla direzione di propagazione. Le onde qui trovate sono Trasversali Elettriche e Magnetiche (TEM), perché E e H sono trasversali rispetto alla direzione di propagazione. Relazione fra E e H H E 0 t ẑ z H (il campo non dipende da x e y) ẑ E considerato 0 z t H H (z ct) H c t (z ct) t (z ct) E E (z ct) H z (z ct) z (z ct) (z ẑ E ct) ẑ E 0 cE 0 0 cH cost. 0 Relazione fra E e H H ẑ E 0 0 0 0 c 377 0 Nelle onde piane uniformi nel vuoto il campo elettrico e il campo magnetico hanno esattamente lo stesso andamento spazio-temporale. I due campi sono sempre perpendicolari l’uno all’altro. La direzione di propagazione, il campo elettrico e il campo magnetico costituiscono una terna destra. Onda non polarizzata x y z E ẑ 0 H Vettore di Poynting S E H E ẑ E 0 A B C B A C C A B E ẑ E S ẑ E ẑ E E E E ẑ ẑ E 2 2 0 o anche S ẑ 0 H 2 Se sono presenti entrambe le onde si può mostrare facilmente che S S S Questo risultato non è ovvio ! In un mezzo lineare, come il vuoto, i campi si sommano mentre non è generalmente lecito sommare le grandezze energetiche, che dipendono dal prodotto di campi. Densità di potenza A x z y w W W W E A potenza netta transitante attraverso l’area A, perpendicolare alla direzione di propagazione. 2 0 0 H 2 densità di potenza di un’onda piana uniforme nel vuoto [W/m2]