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Le onde Le onde elettromagneticheelettromagnetiche
Sono perturbazioni che si propagano Sono perturbazioni che si propagano nello spazio trasportando energia, nello spazio trasportando energia,
senza il trasporto di materia.senza il trasporto di materia.
Le onde Le onde elettromagneticheelettromagnetiche
Avendo una foglia sull’acqua, se Avendo una foglia sull’acqua, se lanciassimo un sassolino, si lanciassimo un sassolino, si
creerebbero oscillazioni ma la foglia creerebbero oscillazioni ma la foglia resterebbe sempre nello stesso punto. resterebbe sempre nello stesso punto. Ciò significa che le onde trasportano Ciò significa che le onde trasportano
energia e non materia.energia e non materia.
Le equazioni di MaxwellLe equazioni di MaxwellCaso stazionarioCaso stazionario
(campi non variabili nel tempo)(campi non variabili nel tempo)
ildB
ldE
SdB
qSdE
0
0
FlussoFlusso
CircuitazioneCircuitazione
Linee aperte,Linee aperte,linee chiuselinee chiuse
Campi conservativiCampi conservativie non conservativie non conservativi
La prima equazioneLa prima equazione(Teorema di Gauss)(Teorema di Gauss)
qSdE
Significa che il campo elettrico E è Significa che il campo elettrico E è generato da una distribuzione di cariche generato da una distribuzione di cariche
nello spazionello spazio
Fenomeni correlati con la prima Fenomeni correlati con la prima equazioneequazione
qSdE
Le linee di E hanno Le linee di E hanno origine e finiscono dove origine e finiscono dove
ci sono caricheci sono caricheIn condizioni statiche non c’è In condizioni statiche non c’è
carica all’interno di un carica all’interno di un conduttoreconduttore
Dove ci sono cariche, c’è un Dove ci sono cariche, c’è un campo elettrico campo elettrico
Il flusso di E attraverso un aS chiusa, Il flusso di E attraverso un aS chiusa,
può essere nullo o diverso da 0può essere nullo o diverso da 0
La seconda equazioneLa seconda equazione(Teorema di Gauss per il (Teorema di Gauss per il
magnetismo)magnetismo)
0 SdB
Linee del campo magnetico Linee del campo magnetico sono linee chiusesono linee chiuse
Assenza di poli magnetici Assenza di poli magnetici liberi in naturaliberi in natura
La terza equazioneLa terza equazione(campi stazionari)(campi stazionari)
0ldE
Il campo E creato da cariche Il campo E creato da cariche stazionarie è conservativostazionarie è conservativo
Tra due punti del campo si stabilisce Tra due punti del campo si stabilisce una una differenza di potenzialedifferenza di potenziale
La corrente indottaLa corrente indotta
La corrente La corrente senza generatoresenza generatore si ottiene con: si ottiene con:
• Movimento di un magneteMovimento di un magnete• Rotazione di una bobina in un campo magneticoRotazione di una bobina in un campo magnetico• Campo magnetico variabileCampo magnetico variabile• TrasformatoriTrasformatori
Legge di FaradayLegge di FaradayLegge di FaradayLegge di Faraday
corrente
Legge di Faraday - Legge di Faraday - Neumann - LenzNeumann - Lenz
dt
Bdfemindotta
)(
Una variazione di Una variazione di flusso magnetico flusso magnetico generagenera una una femfem
indottaindotta
Una variazione di Una variazione di flusso magnetico flusso magnetico generagenera una una femfem
indottaindotta
corrente
Come può variare il flusso Come può variare il flusso magnetico?magnetico?
dt
Bdfemindotta
)(
= f (B,S,= f (B,S,))Il flusso Il flusso varia varia se se varianovariano nel temponel tempo
il campo B o la superficie S o l’angolo il campo B o la superficie S o l’angolo
= f (B,S,= f (B,S,))Il flusso Il flusso varia varia se se varianovariano nel temponel tempo
il campo B o la superficie S o l’angolo il campo B o la superficie S o l’angolo
corrente
quna carica q una carica q
ldEq
ldEq
q
ldF
q
lavorofemi
ldEq
ldEq
q
ldF
q
lavorofemi
La La femfem è la circuitazione è la circuitazione di di EE
CampoCampoelettricoelettricoindottoindotto
CampoCampoelettricoelettricoindottoindotto
Campi elettriciCampi elettrici
CampoCampoelettricoelettricoindottoindotto
(creato da variazioni di B)
CampoCampoelettricoelettricoindottoindotto
(creato da variazioni di B)
CampoCampoelettrostaticoelettrostatico(creato da cariche)
CampoCampoelettrostaticoelettrostatico(creato da cariche)
Circuitazione = 0Circuitazione = 0il campo è conservativoil campo è conservativo
Circuitazione Circuitazione 0 0il campo il campo
non non è conservativoè conservativo
0dt
Bd
0dt
Bd
Campo magnetico Campo magnetico variabilevariabile
Zona di spazio con campo Zona di spazio con campo magnetico che magnetico che entraentra dentro la dentro la pagina e pagina e aumentaaumenta nel tempo nel tempo
Zona di spazio con campo Zona di spazio con campo magnetico che magnetico che entraentra dentro la dentro la pagina e pagina e aumentaaumenta nel tempo nel tempo
spiraSi ha corrente indotta nella spira Si ha corrente indotta nella spira Si ha corrente indotta nella spira Si ha corrente indotta nella spira
spira
La corrente indotta a sua volta La corrente indotta a sua volta causa un campo B indotto che causa un campo B indotto che
esceesce dalla pagina dalla pagina
La corrente indotta a sua volta La corrente indotta a sua volta causa un campo B indotto che causa un campo B indotto che
esceesce dalla pagina dalla pagina
La terza equazioneLa terza equazione(caso generale)(caso generale)
dt
BdldE
)(
La circuitazione del campo elettricoLa circuitazione del campo elettricoè la variazione di flusso magneticoè la variazione di flusso magnetico
La circuitazione del campo elettricoLa circuitazione del campo elettricoè la variazione di flusso magneticoè la variazione di flusso magnetico
In condizioni stazionarieIn condizioni stazionarieil campo elettrico è conservativoil campo elettrico è conservativo
In condizioni stazionarieIn condizioni stazionarieil campo elettrico è conservativoil campo elettrico è conservativo
La quarta equazioneLa quarta equazione(caso stazionario: Teorema di (caso stazionario: Teorema di
Ampère)Ampère)
ildB
Il campo B Il campo B nonnon è è
conservativoconservativo
Il campo B Il campo B nonnon è è
conservativoconservativo
Significa che il campo magnetico B è creato da Significa che il campo magnetico B è creato da una distribuzione di correnti nello spaziouna distribuzione di correnti nello spazio
Conseguenze della quarta Conseguenze della quarta equazioneequazione
Legge di Biot SavartLegge di Biot Savart
Campo magnetico al centro Campo magnetico al centro di una spiradi una spira
Campo magnetico dentro un Campo magnetico dentro un solenoidesolenoide
ildB
Campo magnetico in Campo magnetico in funzione della correntefunzione della corrente
Il campo B Il campo B nonnon è è
conservativoconservativo
Il campo B Il campo B nonnon è è
conservativoconservativo
ildB
B = f (i)B = f (i)B = f (i)B = f (i)
r
iB
2
0r
iB
2
0
r
iB
20
r
iB
20
niB 0 niB 0
Conseguenze della quarta Conseguenze della quarta equazione (2)equazione (2)
Equazioni modificateEquazioni modificate
ildB
dt
BdldE
SdB
qSdE
)(
0
FlussoFlusso
CircuitazioneCircuitazione
L’importanza della L’importanza della simmetriasimmetria
AsimmetrieAsimmetrie
ildB
dt
BdldE
SdB
qSdE
)(
0
Esistono cariche isolate, ma Esistono cariche isolate, ma non poli magnetici isolatinon poli magnetici isolati
Esistono cariche isolate, ma Esistono cariche isolate, ma non poli magnetici isolatinon poli magnetici isolati
Se un campo magnetico Se un campo magnetico variabile crea un campo variabile crea un campo
elettrico indotto, è vero il elettrico indotto, è vero il viceversa?viceversa?
Se un campo magnetico Se un campo magnetico variabile crea un campo variabile crea un campo
elettrico indotto, è vero il elettrico indotto, è vero il viceversa?viceversa?
Tentiamo di ristabilire Tentiamo di ristabilire la simmetriala simmetria
ildB
dt
BdldE
SdB
qSdE
)(
0
Un campo elettrico Un campo elettrico variabile crea un campo variabile crea un campo
magnetico indotto?magnetico indotto?
Un campo elettrico Un campo elettrico variabile crea un campo variabile crea un campo
magnetico indotto?magnetico indotto????
)(
dt
EdldB
C’è un errore dimensionaleC’è un errore dimensionale
Carica di un Carica di un condensatorecondensatore
BB BBEE
La corrente di carica crea un campo magneticoLa corrente di carica crea un campo magnetico
Dentro il condensatore si crea un campo elettrico variabileDentro il condensatore si crea un campo elettrico variabileAnche il campo elettrico variabile nel vuoto Anche il campo elettrico variabile nel vuoto
genera un campo magneticogenera un campo magneticoAnche il campo elettrico variabile nel vuoto Anche il campo elettrico variabile nel vuoto
genera un campo magneticogenera un campo magnetico
Carica di un Carica di un condensatore (2)condensatore (2)
BB BBEE
Qui c’è correnteQui c’è corrente
Qui NOQui NO
Qui c’è correnteQui c’è corrente
Ma….Ma….la variazione di flusso elettrico nel condensatore la variazione di flusso elettrico nel condensatore
si comporta come una corrente nel filosi comporta come una corrente nel filo
Ma….Ma….la variazione di flusso elettrico nel condensatore la variazione di flusso elettrico nel condensatore
si comporta come una corrente nel filosi comporta come una corrente nel filo
La corrente di La corrente di spostamentospostamento
BB BBEE
q = C V = q = C V = S E = S E = dq/dt = dq/dt = d d/dt = i/dt = is s corrente di spostamento corrente di spostamento
q = C V = q = C V = S E = S E = dq/dt = dq/dt = d d/dt = i/dt = is s corrente di spostamento corrente di spostamento
La carica q che si La carica q che si accumula sulle piastre accumula sulle piastre
varia nel tempovaria nel tempo
La carica q che si La carica q che si accumula sulle piastre accumula sulle piastre
varia nel tempovaria nel tempo
La quarta equazione di La quarta equazione di MaxwellMaxwell
dt
EdildB
)(00
dt
EdildB
)(00
Corrente di conduzioneCorrente di conduzione(nei conduttori)(nei conduttori)
Corrente di spostamentoCorrente di spostamento(E variabile, anche nel vuoto)(E variabile, anche nel vuoto)
Equazioni di Maxwell Equazioni di Maxwell definitivedefinitive
dt
EdildB
dt
BdldE
SdB
qSdE
)(
)(
0
dt
EdildB
dt
BdldE
SdB
qSdE
)(
)(
0
Un campo E variabile Un campo E variabile
crea un campo Bcrea un campo BUn campo B variabile Un campo B variabile
crea un campo Ecrea un campo E… … e così viae così via
Un campo E variabile Un campo E variabile crea un campo Bcrea un campo B
Un campo B variabile Un campo B variabile crea un campo Ecrea un campo E
… … e così viae così via
Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche
La variazione dei campi La variazione dei campi elettrico e magnetico elettrico e magnetico
genera reciprocamente il genera reciprocamente il mantenimento di un’onda mantenimento di un’onda
elettromagnetica.elettromagnetica.Un campo elettrico E Un campo elettrico E
variabile induce un campo variabile induce un campo magnetico B e viceversa. magnetico B e viceversa.
La variazione dei campi La variazione dei campi elettrico e magnetico elettrico e magnetico
genera reciprocamente il genera reciprocamente il mantenimento di un’onda mantenimento di un’onda
elettromagnetica.elettromagnetica.Un campo elettrico E Un campo elettrico E
variabile induce un campo variabile induce un campo magnetico B e viceversa. magnetico B e viceversa.
Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche
I vettori E e B sono I vettori E e B sono perpendicolari tra loro e perpendicolari tra loro e
perpendicolari alla perpendicolari alla direzione di propagazione. direzione di propagazione.
I vettori E e B sono I vettori E e B sono perpendicolari tra loro e perpendicolari tra loro e
perpendicolari alla perpendicolari alla direzione di propagazione. direzione di propagazione.
Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche
Una carica elettrica Una carica elettrica in motoin moto
emette o assorbe emette o assorbe onde elettromagneticheonde elettromagnetiche
quando vienequando vieneaccelerata accelerata
Una carica elettrica Una carica elettrica in motoin moto
emette o assorbe emette o assorbe onde elettromagneticheonde elettromagnetiche
quando vienequando vieneaccelerata accelerata
Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche
sm c /1031 8
00
sm c /1031 8
00
Maxwell prevede Maxwell prevede teoricamenteteoricamente che i che i campi elettrici e campi elettrici e
magnetici possano magnetici possano propagarsi nello spazio propagarsi nello spazio
anche a grande anche a grande distanzadistanza
Maxwell prevede Maxwell prevede teoricamenteteoricamente che i che i campi elettrici e campi elettrici e
magnetici possano magnetici possano propagarsi nello spazio propagarsi nello spazio
anche a grande anche a grande distanzadistanza
Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche
sm c /1031 8
00
sm c /1031 8
00
Maxwell Maxwell teorizzò teorizzò che che la luce è la luce è un’onda un’onda elettromagneticaelettromagnetica..In ogni istante il In ogni istante il
rapporto tra il modulo rapporto tra il modulo del campo elettrico ed del campo elettrico ed il modulo del campo il modulo del campo magnetico è uguale magnetico è uguale
alla velocità della luce!alla velocità della luce!E/B = cE/B = c
Maxwell Maxwell teorizzò teorizzò che che la luce è la luce è un’onda un’onda elettromagneticaelettromagnetica..In ogni istante il In ogni istante il
rapporto tra il modulo rapporto tra il modulo del campo elettrico ed del campo elettrico ed il modulo del campo il modulo del campo magnetico è uguale magnetico è uguale
alla velocità della luce!alla velocità della luce!E/B = cE/B = c
212
0 2
70
8
0 0
8.85418 10
4 10
12.99792 10
C
N m
T msi trova che
Am
cs
velocità luce nel vuoto
Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche
Chi sperimentò Chi sperimentò l’esistenza delle onde l’esistenza delle onde
elettromagnetiche?elettromagnetiche?Nel 1887 Hertz mise a Nel 1887 Hertz mise a punto un sistema per la punto un sistema per la
generazione e la generazione e la rivelazione delle onde rivelazione delle onde
elettromagnetiche elettromagnetiche (onde radio)(onde radio)
Chi sperimentò Chi sperimentò l’esistenza delle onde l’esistenza delle onde
elettromagnetiche?elettromagnetiche?Nel 1887 Hertz mise a Nel 1887 Hertz mise a punto un sistema per la punto un sistema per la
generazione e la generazione e la rivelazione delle onde rivelazione delle onde
elettromagnetiche elettromagnetiche (onde radio)(onde radio)
Oscillazioni Oscillazioni ElettromagneticheElettromagneticheAnalogia con la meccanica:
Rammentiamo l’oscillatore meccanico massa-molla
k = costante elastica
-A +A
A = ampiezza delle oscillazioni
2
2
. : cos
d xm kx
dtsol x A t
Oscillazioni di Oscillazioni di Energia Energia
T = periodo di oscillazione
Il condensatore si scarica, la corrente aumenta, l’energia si trasferisce dal campo elettrico a quello magnetico. Poi il ciclo si inverte e proseguirebbe all’infinito in assenza di meccanismi dissipativi.
Consideriamo un circuito LC
Circuito LCCircuito LC
IdtQV
C C la caduta di tensione è
determinata dall’integrale della corrente sulla capacità
C
I(t)
2
2
dI d QV L L
dt dt la caduta di tensione è
determinata dalla derivata della corrente per l’induttanza
L
I(t)
Consideriamo un semplice circuito LC.
Il condensatore ha una carica iniziale Qmax e l’interruttore viene chiuso al tempo t=0.
Circuito LCCircuito LC
2 2
2 2
0
1
Q dIL
C dtdQ Q d dQ
essendo I si ha Ldt C dt dt
d Q d x kQ analoga a x
dt LC dt m
Applichiamo la regola delle maglie al circuito LC.
La carica nel circuito oscillerà in modo analogo alla massa con la molla:
2
0
1
1
2
LC
f frequenza di risonanzaLC
Esperimento di HertzEsperimento di Hertztrasferimento di energia trasferimento di energia
elettromagneticaelettromagnetica
Hertz trovò che l’energia viene spedita dal trasmettitore al ricevitore quando la frequenza di risonanza del ricevitore veniva accordata con quella del trasmettitore. L’energia è trasportata da onde elettromagnetiche.
Es.: radio FM, TV, telefonia radiomobile
ONDE ELETTROMAGNETICHE 4
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
ONDERADIO
MICROONDE
INFRA--ROSSOULTRA-
-VIOLETTO
RAGGIX
RAGGIGAMMA
102110–210–410–610–810–1010–1210–14 (m) (m)
(Hz)
(Hz) 106108
3 108 Hz
1010101210141016101810201022
(cm)(mm)(m)(Å)(fermi) (nm)
= c
VISIBILE
700600500400(nm)
MeV keV
E = h
GeV
(eV)
E103106109
Onde radioOnde radio
Nella parte più bassa dello spettro Nella parte più bassa dello spettro troviamo le onde radio con lunghezza troviamo le onde radio con lunghezza d’onda compresa tra circa 10km e d’onda compresa tra circa 10km e 10m e frequenza compresa tra 1010m e frequenza compresa tra 104 4 e e 101077 hertz. hertz.
Le onde elettromagnetiche sono Le onde elettromagnetiche sono generate da sorgenti che hanno generate da sorgenti che hanno dimensioni paragonabili alla dimensioni paragonabili alla lunghezza d’onda che emette o riceve.lunghezza d’onda che emette o riceve.
Onde radioOnde radio
Le onde radio possono Le onde radio possono essere trasmesse a essere trasmesse a distanza di diverse migliaia distanza di diverse migliaia di km grazie alla riflessione di km grazie alla riflessione che esse subiscono da che esse subiscono da parte degli strati ionizzanti parte degli strati ionizzanti dell’atmosfera. dell’atmosfera.
Avendo lunghezza d’onda Avendo lunghezza d’onda piuttosto grande, possono piuttosto grande, possono aggirare per aggirare per DIFFRAZIONE ostacoli di DIFFRAZIONE ostacoli di dimensioni non troppo dimensioni non troppo grandi (case, alberi…).grandi (case, alberi…).
Sono invece riflesse da Sono invece riflesse da colline e montagne.colline e montagne.
Onde a radio Onde a radio frequenza:frequenza:
onde TV e radaronde TV e radar Nelle trasmissioni televisive troviamo onde Nelle trasmissioni televisive troviamo onde con frequenze intorno a 10con frequenze intorno a 1088 hertz e lunghezze hertz e lunghezze dell’ordine del metro. dell’ordine del metro.
Nei sistemi radar le onde arrivano a frequenze Nei sistemi radar le onde arrivano a frequenze di 10di 101010 hertz con lunghezza dell’ordine del hertz con lunghezza dell’ordine del centimetro.centimetro.
Tali onde non sono riflesse dalla ionosfera e Tali onde non sono riflesse dalla ionosfera e quindi costituiscono il mezzo ideale per le quindi costituiscono il mezzo ideale per le comunicazioni spaziali. comunicazioni spaziali.
Non possono essere usate per trasmissioni Non possono essere usate per trasmissioni dirette sulla Terra a distanza maggiori al dirette sulla Terra a distanza maggiori al centinaio di km perché non seguono la centinaio di km perché non seguono la curvatura terrestre e non sono riflesse dalla curvatura terrestre e non sono riflesse dalla ionosfera. ionosfera.
Onde radio frequenzaOnde radio frequenza
Per trasmissioni su Per trasmissioni su distanze maggiori del distanze maggiori del centinaio di km,centinaio di km,
Guglielmo Marconi Guglielmo Marconi (1874/1937), inventa, il (1874/1937), inventa, il sistema antenna-terra e sistema antenna-terra e finalmente la finalmente la trasmissione supera trasmissione supera l’ostacolo di una collina; l’ostacolo di una collina; questo esperimento questo esperimento storico celebra la storico celebra la “nascita”della radio.“nascita”della radio.
Nobel per la fisica nel Nobel per la fisica nel 1909.1909.
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
Per trasmissioni su distanze superiori le onde Per trasmissioni su distanze superiori le onde necessitano di stazioni intermedie, dette ripetitori.necessitano di stazioni intermedie, dette ripetitori.
Ripetitori posti su satelliti artificiali geosincroni (posti a Ripetitori posti su satelliti artificiali geosincroni (posti a 36.000 km dalla Terra) permettono trasmissioni 36.000 km dalla Terra) permettono trasmissioni televisive intercontinentali. televisive intercontinentali.
Raggi infrarossiRaggi infrarossi
Sono onde con frequenze tra Sono onde con frequenze tra 10101111 hertz e 10 hertz e 101414 hertz e lunghezze tra 10hertz e lunghezze tra 10-3-3 m e 10 m e 10-6-6 m circa. m circa.
A causa della piccola lunghezza d’onda, non A causa della piccola lunghezza d’onda, non si riescono ad ottenere con circuiti oscillanti si riescono ad ottenere con circuiti oscillanti come per le onde radio. come per le onde radio.
Vengono prodotte dalle oscillazioni termiche Vengono prodotte dalle oscillazioni termiche degli atomi: provengono pertanto da tutti i degli atomi: provengono pertanto da tutti i corpi caldicorpi caldi
Sono invisibili, ma percepite al tatto. Sono invisibili, ma percepite al tatto. Impressionano pellicole fotografiche Impressionano pellicole fotografiche particolari con le quali si riesce a fotografare particolari con le quali si riesce a fotografare anche nell’oscurità o in caso di nebbia. anche nell’oscurità o in caso di nebbia.
Luce visibileLuce visibile La luce visibile occupa solo una La luce visibile occupa solo una
piccola parte dello spettro piccola parte dello spettro elettromagnetico con lunghezza elettromagnetico con lunghezza d’onda compresa tra 7.5x10d’onda compresa tra 7.5x10-7-7 e 4x10 e 4x10-7-7 m e frequenza compresa tra 4x10m e frequenza compresa tra 4x10¹¹ a 8x10a 8x10¹ Hz¹ Hz . .
Sono emesse da corpi aventi alte Sono emesse da corpi aventi alte temperature come metalli temperature come metalli incandescenti, fiamme, Sole e Stelle.incandescenti, fiamme, Sole e Stelle.
Raggi ultraviolettiRaggi ultravioletti Hanno lunghezza d’onda inferiore a Hanno lunghezza d’onda inferiore a
quella dell’estremo violetto dello spettro quella dell’estremo violetto dello spettro del visibile.del visibile.
Arrivano ad un minimo di 10Arrivano ad un minimo di 10-9-9 m m corrispondente ad una frequenza corrispondente ad una frequenza massima di circa 10massima di circa 101717 Hz. Hz.
Sono emesse da atomi che intervengono Sono emesse da atomi che intervengono p.es. sulla produzione di ozono p.es. sulla produzione di ozono nell’atmosfera e sulla melanina nell’atmosfera e sulla melanina nell’epidermide, penetrano più nell’epidermide, penetrano più profondamente nei tessuti viventi .profondamente nei tessuti viventi .
Raggi XRaggi X Lunghezza d’onda compresa fra Lunghezza d’onda compresa fra 1010-9-9 e 10 e 10-11-11
mm, e frequenze tra , e frequenze tra 101017 17 e e 10101919 Hz, Hz, vengono vengono prodotte quando un elettrone viene inviato a prodotte quando un elettrone viene inviato a elevata velocità contro un bersaglio metallico. elevata velocità contro un bersaglio metallico. Penetrano facilmente nei tessuti. A lunga Penetrano facilmente nei tessuti. A lunga esposizione uccidono le cellule e provocano esposizione uccidono le cellule e provocano mutazioni genetiche. mutazioni genetiche.
Un fascio di raggi X che penetra in un Un fascio di raggi X che penetra in un cristallo subisce riflessioni e rifrazioni, i vari cristallo subisce riflessioni e rifrazioni, i vari raggi riflessi sovrapponendosi danno origine a raggi riflessi sovrapponendosi danno origine a figure di diffrazione. Dalla forma e dalle figure di diffrazione. Dalla forma e dalle dimensioni di tali figure si può risalire, nota la dimensioni di tali figure si può risalire, nota la distanza tra gli atomi, alla lunghezza d’onda distanza tra gli atomi, alla lunghezza d’onda dei raggi e viceversa.dei raggi e viceversa.
Raggi gammaRaggi gamma
Hanno lunghezza d’onda inferiori a Hanno lunghezza d’onda inferiori a 1010-11-11 mm, e frequenze tra , e frequenze tra 101019 19 e e 10102222 Hz, Hz, vengono emesse da nuclei instabili di vengono emesse da nuclei instabili di elementi radioattivi.elementi radioattivi.
Estremamente penetranti, provocano Estremamente penetranti, provocano gravi alterazioni dei tessuti viventi ed gravi alterazioni dei tessuti viventi ed anche la morte. anche la morte.
Spettro Spettro elettromagneticoelettromagnetico
Quando invece la lunghezza d’onda è Quando invece la lunghezza d’onda è maggiore rispetto alla dimensione maggiore rispetto alla dimensione dell’oggetto, l’onda subisce la dell’oggetto, l’onda subisce la diffrazionediffrazione e e non si ha un’immagine chiara dell’oggetto. non si ha un’immagine chiara dell’oggetto.
Spettro Spettro elettromagneticoelettromagnetico
Una volta chiarito questo concetto non è Una volta chiarito questo concetto non è difficile comprendere come mai lo spettro difficile comprendere come mai lo spettro sia costituito da zone scure e zone chiare. sia costituito da zone scure e zone chiare. Le zone chiare sono quelle nelle quali le Le zone chiare sono quelle nelle quali le
onde elettromagnetiche attraversano onde elettromagnetiche attraversano l’atmosfera,mentre le zone scure sono l’atmosfera,mentre le zone scure sono
quelle nelle quali le onde elettromagnetiche quelle nelle quali le onde elettromagnetiche non attraversano l’atmosfera. Come non attraversano l’atmosfera. Come
possiamo notare quindi la luce visibile e le possiamo notare quindi la luce visibile e le onde radio attraversano l’atmosfera.onde radio attraversano l’atmosfera.
La luce è una forma di radiazione La luce è una forma di radiazione elettromagnetica che consiste in elettromagnetica che consiste in
rapidissime oscillazioni del campo rapidissime oscillazioni del campo elettromagnetico. Essa si propaga elettromagnetico. Essa si propaga in linea retta in tutte le direzioni in linea retta in tutte le direzioni provocando un trasferimento di provocando un trasferimento di energia e non di materia, da ciò energia e non di materia, da ciò deriva la sua natura ondulatoria.deriva la sua natura ondulatoria.
Spettro Spettro elettromagneticoelettromagnetico
Secondo Einstein è Secondo Einstein è necessario supporre necessario supporre che la luce stessa sia che la luce stessa sia composta da singoli composta da singoli pacchetti di energia, pacchetti di energia, i quanti del campo i quanti del campo elettromagnetico, elettromagnetico,
che più tardi furono che più tardi furono chiamati fotoni.chiamati fotoni.
Spettro Spettro
elettromagneticoelettromagnetico
Albert EinsteinAlbert Einstein
Per tutto il 1700 il modello che ebbe Per tutto il 1700 il modello che ebbe maggior credito fu quello corpuscolare, maggior credito fu quello corpuscolare,
ma all’inizio del 1800 prese il sopravvento ma all’inizio del 1800 prese il sopravvento il modello ondulatorio. Oggi i due modelli il modello ondulatorio. Oggi i due modelli coesistono in quanto insieme a fenomeni coesistono in quanto insieme a fenomeni
ondulatori, ce ne sono altri spiegabili ondulatori, ce ne sono altri spiegabili solo pensando che la luce sia formata da solo pensando che la luce sia formata da
corpuscoli. Essendo la luce un’onda corpuscoli. Essendo la luce un’onda elettromagnetica essa viaggia ad una elettromagnetica essa viaggia ad una
velocità di 300.000 Km/s, che è il velocità di 300.000 Km/s, che è il massimo valore della velocità raggiunta.massimo valore della velocità raggiunta.
Spettro Spettro elettromagneticoelettromagnetico
ONDE ELETTROMAGNETICHE 5
ONDE ELETTROMAGNETICHE
intensità dell'onda I
energia trasportata nell'unità di tempo eattraverso l'unità di superficie :
I = energiat S
unità di misura S.I. joule wattsm2= m2
ONDE ELETTROMAGNETICHE
QUANTO di ENERGIA ELETTROMAGNETICA : FOTONE
6
campo elettromagnetico :E , B
quanti di energia elettromagnetica(fotoni) E = h
teoria dei quanti
h = 6.6 10–34 J scostante di Planck
= 600 nm (visibile : luce gialla) = 5 1014 s–1
E = h = 6.6 10–34 J s 5 1014 s–1 = 3.3 10–19 J =
3.3 10–19 1.6 J1.6 10–19 J eV–1
= = 2 eV
ONDE ELETTROMAGNETICHE 7
QUANTO di ENERGIA ELETTROMAGNETICA : FOTONE
E = h
transizioni tra livelli energetici (atomici o molecolari) :
assorbimento di fotoni assorbitori(assorbimento più colori nero)
emissione di fotoni sorgenti(emissione più colori luce bianca )
Le onde a radio frequenza
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
Le onde radio sono Le onde radio sono utilizzate per le utilizzate per le
trasmissioni trasmissioni radiofoniche e radiofoniche e
televisive.televisive.
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
Esse occupano la Esse occupano la fascia bassa dello fascia bassa dello
spettro con spettro con lunghezze d’onda lunghezze d’onda comprese tra (10 comprese tra (10 km e 10 cm). km e 10 cm).
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
I segnali televisivi I segnali televisivi viaggiano su onde viaggiano su onde
che hanno che hanno frequenze più alte, frequenze più alte,
possono quindi possono quindi essere captate essere captate soltanto dalle soltanto dalle antenne che antenne che “vedono” il “vedono” il
trasmettitore.trasmettitore.
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
Il telefonino, la Il telefonino, la radio e la radio e la
televisione fanno televisione fanno uso di onde a radio uso di onde a radio
frequenza. Esse frequenza. Esse sono uno sono uno
strumento rapido e strumento rapido e versatile per versatile per trasportare trasportare
informazioni a informazioni a distanza.distanza.
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
Per imprimere su Per imprimere su un’onda un’onda
elettromagnetica elettromagnetica sinusoidale le sinusoidale le informazioni informazioni
contenenti i parole, contenenti i parole, immagini e suoni immagini e suoni occorre modulare occorre modulare
l’onda, cioè modificare l’onda, cioè modificare la sua ampiezza o la la sua ampiezza o la
sua frequenza. sua frequenza.
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
Un esempio nel quale occorre la modulazione Un esempio nel quale occorre la modulazione di ampiezza è: una stazione radio. La quale di ampiezza è: una stazione radio. La quale
con la frequenza di un MHz emette con la frequenza di un MHz emette continuamente un’onda elettromagnetica della continuamente un’onda elettromagnetica della
stessa frequenza, anche quando la radio stessa frequenza, anche quando la radio ricevente non emette alcun segnale sonoro. ricevente non emette alcun segnale sonoro.
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
Un esempio nel quale Un esempio nel quale occorre la occorre la
modulazione di modulazione di frequenza è: il frequenza è: il
telefono;telefono; in quanto se si dovesse in quanto se si dovesse
assegnare a ogni assegnare a ogni telefono mobile una telefono mobile una frequenza, in Italia frequenza, in Italia esisterebbero solo esisterebbero solo 1200 telefonini,uno 1200 telefonini,uno per ciascuna banda, per ciascuna banda,
larga 25Hz compresa larga 25Hz compresa tra 890 e 920 MHz, tra 890 e 920 MHz,
cioè l’intervallo cioè l’intervallo destinato alla telefonia destinato alla telefonia
mobile mobile
Il telefono mobileIl telefono mobile
Anche la rete Anche la rete telefonica sfrutta la telefonica sfrutta la
trasmissione in trasmissione in modulazione di modulazione di
frequenza. Il telefono frequenza. Il telefono mobile cellulare è mobile cellulare è
collegato alla collegato alla centrale telefonica centrale telefonica non con i fili, ma non con i fili, ma
mediante onde radio.mediante onde radio.
Il telefono mobileIl telefono mobile
Il territorio nazionale è diviso in zone chiamate Il territorio nazionale è diviso in zone chiamate celle, nelle quali il telefonino comunica con la celle, nelle quali il telefonino comunica con la
centrale telefonica utilizzando una determinata centrale telefonica utilizzando una determinata frequenza o banda.frequenza o banda.
Il telefono mobileIl telefono mobile
Quando il Quando il telefonino si sposta telefonino si sposta
in un’altra cella, in un’altra cella, esso comunica con esso comunica con un’altra frequenza. un’altra frequenza. Il cambiamento di Il cambiamento di
frequenza è frequenza è automatico.automatico.
Le microonde
Le microondeLe microonde
Tra le onde a radio Tra le onde a radio frequenza, ci sono frequenza, ci sono
anche le microonde, anche le microonde, le quali sono in le quali sono in
grado di grado di attraversare attraversare
l’atmosfera e, per l’atmosfera e, per questo, esse sono questo, esse sono utilizzate per le utilizzate per le
comunicazioni con i comunicazioni con i satelliti.satelliti.
Le microondeLe microonde
Inoltre esse Inoltre esse vengono anche vengono anche
impiegate in impiegate in ambito industriale ambito industriale e domestico (forni e domestico (forni a microonde) per a microonde) per
riscaldare sostanze riscaldare sostanze che contengono che contengono
acqua infatti:acqua infatti:
Le microondeLe microonde
il campo elettrico il campo elettrico dell’onda, fa vibrare dell’onda, fa vibrare le molecole di acqua le molecole di acqua contenute all’interno contenute all’interno
dei cibi, cedendo dei cibi, cedendo una parte della loro una parte della loro energia provocano energia provocano
un aumento di un aumento di temperatura e temperatura e
quindi la cottura.quindi la cottura.
Le microondeLe microonde
Sulla terra le Sulla terra le microonde sono microonde sono
utilizzate anche per utilizzate anche per le comunicazioni le comunicazioni
telefoniche a telefoniche a distanza e per i distanza e per i
telefonini: infatti, telefonini: infatti, quando si fa una quando si fa una
telefonata telefonata interurbana, interurbana,
Le microondeLe microonde
il segnale elettrico il segnale elettrico è trasmesso da una è trasmesso da una
città all’altra città all’altra mediante le mediante le
microonde, le quali microonde, le quali sono inviate e sono inviate e
captate per mezzo captate per mezzo di grossi riflettori di grossi riflettori
parabolici.parabolici.
Onde Onde elettromagnetichelettromagnetich
e e salutee e salute
Da tempo si parla dei possibili Da tempo si parla dei possibili rischi da esposizione delle rischi da esposizione delle onde elettromagnetiche onde elettromagnetiche emesse da ripetitori di emesse da ripetitori di
telefonia fissa e mobile e dai telefonia fissa e mobile e dai telefoni cellulari. I suddetti telefoni cellulari. I suddetti
timori nascono nel 1993 timori nascono nel 1993 quando l’americano David quando l’americano David Reynard dichiara di aver Reynard dichiara di aver fatto causa ad aziende fatto causa ad aziende produttrici di cellulari produttrici di cellulari
responsabili, a suo dire, responsabili, a suo dire, della morte della moglie per della morte della moglie per
tumore cerebrale. tumore cerebrale.
L’americano perse la causa per L’americano perse la causa per mancanza di prove scientifiche mancanza di prove scientifiche che collegano i fatti. Da quel che collegano i fatti. Da quel momento sono stati avviati momento sono stati avviati
grandi progetti internazionali tra grandi progetti internazionali tra i quali Interpone, indagine in 13 i quali Interpone, indagine in 13
paesi ideata dall’agenzia paesi ideata dall’agenzia internazionale per la ricerca sul internazionale per la ricerca sul
cancro Lione sotto l’egida cancro Lione sotto l’egida dell’Unione Europea.dell’Unione Europea.
I risultati che stanno emergendo I risultati che stanno emergendo sono quelli epidemiologici e quelli sono quelli epidemiologici e quelli
condotti sugli animali. Secondo condotti sugli animali. Secondo Paolo Vecchia, presidente del Paolo Vecchia, presidente del comitato internazionale per la comitato internazionale per la protezione delle radiazioni non protezione delle radiazioni non
ionizzanti, cioè quelle a ionizzanti, cioè quelle a radiofrequenza, si può affermare radiofrequenza, si può affermare che almeno a breve termine non che almeno a breve termine non esiste alcun legame tra l’utilizzo esiste alcun legame tra l’utilizzo
del telefono cellulare e l’incidenza del telefono cellulare e l’incidenza del tumore (risultati che arrivano del tumore (risultati che arrivano
da Londra).da Londra).
Anche in Italia, cioè a Bologna, è Anche in Italia, cioè a Bologna, è iniziato un esperimento da iniziato un esperimento da
parte della fondazione parte della fondazione Ramazzini per la ricerca sul Ramazzini per la ricerca sul cancro, che finirà nel 2009, cancro, che finirà nel 2009, dove sono stati sottoposti a dove sono stati sottoposti a
campi magnetici simili a quelli campi magnetici simili a quelli generati dalle antenne dei generati dalle antenne dei
telefonini 2400 ratti fino alla telefonini 2400 ratti fino alla morte naturale.morte naturale.
Nel frattempo dobbiamo Nel frattempo dobbiamo attenerci ai risultati che attenerci ai risultati che
dimostrano la non dimostrano la non pericolosità a medio e pericolosità a medio e breve termine. Intanto breve termine. Intanto c’è da dire che l’effetto c’è da dire che l’effetto negativo sulla salute negativo sulla salute
sarebbe il riscaldamento sarebbe il riscaldamento dei tessuti provocato dei tessuti provocato
dalle radiazioni. dalle radiazioni.
Da uno studio condotto da David De Da uno studio condotto da David De Pomerai dell’università Nottingham Pomerai dell’università Nottingham in Inghilterra sugli invertebrati, si in Inghilterra sugli invertebrati, si
è dimostrato che l’aumento di è dimostrato che l’aumento di temperatura durante l’esposizione temperatura durante l’esposizione
alle onde elettromagnetiche a radio alle onde elettromagnetiche a radio frequenza è solo di qualche decimo frequenza è solo di qualche decimo di grado, pertanto non si può dire di grado, pertanto non si può dire
che una variazione così lieve di che una variazione così lieve di temperatura possa provocare una temperatura possa provocare una sofferenza da parte delle cellule sofferenza da parte delle cellule
nell’uomo. nell’uomo.
Una risposta più significativa Una risposta più significativa potremo averla nel 2009. potremo averla nel 2009. Nel frattempo possiamo Nel frattempo possiamo
concludere che già i concludere che già i produttori di telefonini produttori di telefonini
stanno diminuendo questi stanno diminuendo questi rischi perché i moderni rischi perché i moderni GSM e UMTS emettono GSM e UMTS emettono meno di un quarto delle meno di un quarto delle radiazioni dei cellulari di radiazioni dei cellulari di
prima generazione. prima generazione.
Quelli più recenti, addirittura, Quelli più recenti, addirittura, modulando le emissioni con un modulando le emissioni con un sistema di filtraggio senza più sistema di filtraggio senza più antenne esterne, le riducono al antenne esterne, le riducono al
minimo indispensabile. minimo indispensabile.
Focalizziamo ora la nostra Focalizziamo ora la nostra attenzione sulle antenne e i attenzione sulle antenne e i
ripetitori di telefonia mobile. Gli ripetitori di telefonia mobile. Gli esperti dell’istituto superiore di esperti dell’istituto superiore di
sanità confermano che le sanità confermano che le antenne installate non si antenne installate non si
dovrebbero ridurre ma, anzi, dovrebbero ridurre ma, anzi, aumentare perché in caso di aumentare perché in caso di intenso traffico telefonico,la intenso traffico telefonico,la
comunicazione viene deviata su comunicazione viene deviata su stazioni più lontane con stazioni più lontane con
frequenti commutazioni che frequenti commutazioni che aumentano in misura sostanziale aumentano in misura sostanziale
l’esposizione degli utentil’esposizione degli utenti
Inoltre è frequente la richiesta di Inoltre è frequente la richiesta di collocare stazioni radio base collocare stazioni radio base
lontane da scuole ed ospedali e lontane da scuole ed ospedali e addirittura fuori dall’abitato. Una addirittura fuori dall’abitato. Una
misura di questo tipo non solo misura di questo tipo non solo aumenta il livello ambientale di aumenta il livello ambientale di campo elettromagnetico ma in campo elettromagnetico ma in
alcuni casi anche quello locale in alcuni casi anche quello locale in corrispondenza dell’ area che si corrispondenza dell’ area che si
intende proteggereintende proteggere
Spettro delle onde Spettro delle onde elettromagneticheelettromagnetiche
L’insieme delle onde L’insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo elettromagnetiche costituisce lo spettro elettromagneticospettro elettromagnetico
Le onde elettromagnetiche viaggiano nel vuoto con velocità c, frequenza f e lunghezza d’onda l.
I vari tipi di onde elettromagnetiche, prodotte tutte da cariche accelerate, sono mostrate in figura.
Es.: onda radio di frequenza f=94.7MHz
l = c/f = 3.17 m
Spettro Spettro elettromagneticoelettromagnetico
Nella seconda colonna ci sono le Nella seconda colonna ci sono le finestre atmosferiche che indicano finestre atmosferiche che indicano
quali radiazioni riescono ad quali radiazioni riescono ad attraversareattraversare
l’ atmosfera che circonda la terra.l’ atmosfera che circonda la terra.
L’insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo spettro L’insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo spettro elettromagnetico. Come si evince dalla figura esso risulta elettromagnetico. Come si evince dalla figura esso risulta
essere essere costituito da quattro colonne.costituito da quattro colonne.
Nella prima colonna ci sono le Nella prima colonna ci sono le sorgenti di radiazione che vanno sorgenti di radiazione che vanno
da un ordine di grandezza da un ordine di grandezza maggiore a un ordine di grandezza maggiore a un ordine di grandezza
minore,come ad esempio: minore,come ad esempio: acceleratori di particelle, lampade acceleratori di particelle, lampade
e laser,antenne paraboliche, e laser,antenne paraboliche, antenne radio.antenne radio.
Spettro Spettro elettromagneticoelettromagnetico
Nella terza colonna ci sono le radiazioni con Nella terza colonna ci sono le radiazioni con rispettive lunghezze d’onda e frequenze,esse rispettive lunghezze d’onda e frequenze,esse vanno da un massimo di 3x10vanno da un massimo di 3x10²² hertz ad un hertz ad un minimo di 10 hertz. Le prime,ossia i raggi minimo di 10 hertz. Le prime,ossia i raggi
gamma, gamma, avendo una piccolissima lunghezza d’onda avendo una piccolissima lunghezza d’onda vengono dette onde corte, le ultime ossia le vengono dette onde corte, le ultime ossia le
onde radio avendo una grande lunghezza onde radio avendo una grande lunghezza
d’onda di 10km vengono dette onde lunghe.d’onda di 10km vengono dette onde lunghe.
Nella quarta colonna ci sono gli Nella quarta colonna ci sono gli oggetti rilevabili come ad oggetti rilevabili come ad
esempio:quark,cellula,palla,casa esempio:quark,cellula,palla,casa che vanno che vanno
dal più piccolo al più grande.dal più piccolo al più grande.
Spettro Spettro elettromagneticoelettromagnetico
La parola spettro ci richiama La parola spettro ci richiama alla mente la striscia di colori alla mente la striscia di colori che Newton ottenne facendo che Newton ottenne facendo
passare la luce solare passare la luce solare attraverso un prisma attraverso un prisma
ottenendo così un fascio di ottenendo così un fascio di luce costituito dal luce costituito dal
rosso,arancione giallo,verde, rosso,arancione giallo,verde, indaco e violetto che non indaco e violetto che non sono altro che i colori che sono altro che i colori che
vediamo quando sorge vediamo quando sorge l’arcobaleno,questo fenomeno l’arcobaleno,questo fenomeno
fu definito fu definito dispersione.dispersione.
Onde a radio Onde a radio frequenzafrequenza
