Onde elettromagnetiche

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Onde Acustica. Onde elettromagnetiche. Ottica

Maurizio Zani


Sommario Onde Onde Onde meccaniche Onde elettromagnetiche Emissione e interazione elettromagnetica Ottica geometrica Ottica ondulatoria Ottica quantistica

http://www.mauriziozani.it/wp/?p=2916 Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche Onde Onde Onde meccaniche Onde elettromagnetiche Emissione e interazione elettromagnetica Ottica geometrica Ottica ondulatoria Ottica quantistica

Onde elettromagnetiche Onde elettromagnetiche piane Onde elettromagnetiche piane armoniche Onde sferiche

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche

Onde elettromagnetiche • velocità • indice di rifrazione

caratteristiche

Onde elettromagnetiche piane • direzione • ampiezze

Onde elettromagnetiche piane armoniche • energia e intensità • quantità di moto • polarizzazione

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche: velocità senza sorgenti  div E = 0

 

eq. delle onde elettromagnetiche   E 2

x

  B rot E = t

2

  B

 

+

2

x

2

  E 2

y

2

  B

+

2

+

y

2

  E 2

z

- μ0 ε0

2

  B 2

+

z

2

  E 2

t

2

  B

=0

2

- μ0 ε0

t

2

=0

 div B = 0

 

v=   E rot B = μ0 ε0 t

1 =c μ0 ε0

velocità di propagazione

 

n=

c = v

Maurizio Zani

μr εr  εr

indice di rifrazione


Onde elettromagnetiche piane: direzione e ampiezze onda omogenea in xy     E = E  z; t          B = B  z; t 

    E E B B = = = =0 x y x y

  EB

  E = E ; E  x y    B = B ; B  x y  E z ; Bz

   E x = E x  z - ct    E = E y  z - ct     y

   u E  u B = uv

E z

E = cB

   Bx = Bx  z - ct    B = B y  z - ct     y Maurizio Zani

B


Onde elettromagnetiche piane armoniche E λ z

B

pulsazione   E = E0 sin  k  z - ct  = E0 sin kz - ωt      B = B0 sin  k  z - ct  = B0 sin  kz - ωt    

lunghezza d’onda c=

ω λ = k T

periodo numero d’onda

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: energia

dEe 1 ρe = = ε0 E 2 dV 2

ρm =

dEm 1 1 2 = B dV 2 μ0

ρem =

densità di energia elettrica

E = cB

densità di energia magnetica

c=

dEem 1 1 1 2 = ε0 E 2 + B = ε0 E 2 dV 2 2 μ0

densità di energia elettromagnetica ?

Maurizio Zani

1 μ0 ε0


Onde elettromagnetiche piane armoniche: energia forza di Coulomb forza di Lorentz       dFtot = dFe + dFm = dq E + v  B

dq

forza di Heaviside             1 E   đW = dFtot  dr = dFe  dr = dq E  v dt = E  J dV dt = E   rot B - ε0  dV dt  μ0 t 

 

đWm = 0

   1 E J= rot B - ε0 μ0 t

  dq  J = nq0 v = v dV

 

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: energia    1  E  đW = E   rot B - ε0  dV dt = dEmat  μ0 t 

 

dq

    dEmat   1 1 1 2 EB   2  = -   ε0 E + B  dV  dS  dt t   2 2 μ0  μ0

ρe



ρm

   dE dEem  S P  dS = -  mat +   dt dt 

teorema di Poynting Maurizio Zani

   EB SP = μ0 vettore di Poynting


Onde elettromagnetiche piane armoniche: intensità vettore di Poynting

intensità

   EB SP = μ0

 EB I = SP = = cε0 E 2 μ0 onda armonica E = E0 sin kz - ωt  S P = cε0 E0 2 sin 2 kz - ωt  =

I0 = S P =

1 cε0 E0 2 2

1 cε0 E0 2 2

I = SP =

nel vuoto

1 vεE0 2 = n I0 2

in un materiale Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: quantità di moto

Fe

E; x

      dFtot = dFe + dFm = q0 E + v  B

z

q0

Fm

B; y

W=

  Fe  dr =

  q0 E  dr =

T

  q0 E  v dt =

0 T

ΔQz =

Fz dt =

 0

 q0 Exvxdt = E 0

T

q0 vx B y dt =

T

 0

q0 vx

Ex 1 dt = c c

ΔQ = T

 0

Maurizio Zani

q0 vx Ex dt =

ΔE c

ΔE c


Onde elettromagnetiche piane armoniche: quantità di moto

energia E = hf

quantità di moto Q=

h λ

ΔQ =

Maurizio Zani

ΔE hf h = = c c λ


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzazione y

piano di oscillazione

E

  u E ;uv

θ

x

asse z z

nel piano xy

inclinazione 

polarizzazione lineare:  = costante

polarizzazione ellittica:  = kt 

polarizzazione circolare: E = costante

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzazione polarizzazione lineare

y E

   E = E0x sin  kz - ωt  u x + E0y sin kz - ωt  u y  E0y   θ = arc tan   E0x 

  B = B0 sin kz - ωt  u y

B E z

x

z

  E = E0 sin kz - ωt  u y

  E = E0 sin kz - ωt  u x

se  = 0

θ

se  = /2

   u E  u B = uv Maurizio Zani

  B = -B0 sin  kz - ωt  u x E B z


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzazione combinazione di due onde polarizzate linearmente & stessa pulsazione

y Ey

   E = E0x sin kz - ωt + φx  u x + E0y sin kz - ωt + φ y  u y

E θ

 E y  θ = arc tan    Ex 

x Ex

z

Ey z

φ = φ y - φx

Ex

differenza di fase

 z

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzazione y

   E = E0x sin kz - ωt + φx  u x + E0y sin kz - ωt + φ y  u y

E

Ey

x

θ Ex

Δφ = 0

polarizz. lineare

θ = costante (> 0) Δφ = φy - φx

y

Δφ = 

polarizz. lineare

θ

Ex x

θ = costante (< 0) Ey

Maurizio Zani

E


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzazione y

   E = E0x sin kz - ωt + φx  u x + E0y sin kz - ωt + φ y  u y Ey

E θ Ex

Δφ =  / 2

polarizz. ellittica oraria

θ = kt Δφ = φy - φx

Δφ = - / 2 polarizz. ellittica anti-oraria

θ = -kt

Maurizio Zani

x


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzazione y

   E = E0x sin kz - ωt + φx  u x + E0y sin kz - ωt + φ y  u y

E

Ey θ Ex

Δφ =  / 2

polarizz. circolare oraria

θ = kt Δφ = φy - φx

E0x = E0y

Δφ = - / 2 polarizz. circolare anti-oraria

θ = -kt

Maurizio Zani

x


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzatore

asse del polarizzatore y E

E0

polarizzazione lineare direzione del campo E

Iin =

1 cε0 E0 2 2

α x

I out =

1 1 2 cε0 E 2 = cε0  E0 cos α = Iin cos 2 α 2 2 legge di Malus

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzatore

2 polarizzatori ortogonali

2 polarizzatori ortogonali con interposto 1 obliquo

intensitĂ nulla

intensitĂ nulla intensitĂ non nulla Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzatore

asse del polarizzatore y E

E0

polarizzazione circolare direzione del campo E

Iin =

1 cÎľ0 E0 2 = Iin x + Iin y = 2 Iin y 2

Îą x

I out = I in y =

1 Iin 2 temporalmente

Maurizio Zani


Onde elettromagnetiche piane armoniche: polarizzatore

asse del polarizzatore y E

E0

luce non polarizzata direzione del campo E

Iin =

1 cÎľ0 E0 2 = I in x + Iin y = 2 Iin y 2

Îą x

I out = I in y =

1 Iin 2 statisticamente

Maurizio Zani


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