Fondamenti di ottica. Onde Elettromagnetiche Combinazione di campi elettrici e magnetici variabili...

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Fondamenti di ottica
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  • Onde Elettromagnetiche Combinazione di campi elettrici e magnetici variabili nel tempo che si propagano Velocit nel vuoto c = 3 10 8 m/sec velocit in un mezzo diverso v = c / n n = indice di rifrazione
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  • Il comportamento dei campi elettrico e magnetico spiegato dalle equaz. Di Maxwell Entrambi i campi soddisfano lequazione differenziale Equazione delle onde velocit della luce nel vuoto velocit della luce in un mezzo qualsiasi indice di rifrazione del mezzo
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  • onda elettromagnetica Di solito per semplicit si considera solo il campo elettrico onda piana monocromatica che si propaga lungo x
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  • campo elettrico in funzione di x campo elettrico in funzione del tempo onda piana monocromatica
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  • Velocit di fase velocit dei fronti donda (superfici con fase costante) Velocit di gruppo velocit dei pacchetti che si formano come risultante di un gruppo di onde con frequenza dissimile
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  • Spettro Elettromagnetico 10 14 Hz 10 3 Hz10 9 Hz 10 22 Hz10 19 Hz luce
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  • La luce unonda elettromagnetica (Maxwell 1873) La luce bianca scomponibile nello spettro visibile (Newton 1600)
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  • Spettro Visibile Lunghezze donda rivelabili dallocchio: ~ 400-700 nm Il colore determinato dalla lunghezza donda
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  • Locchio: un noto rivelatore
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  • Polarizzazione Unonda piana polarizzata se il vettore del campo elettrico vibra in uno specifico piano Un generico fascio luminoso comprende di solito molte onde in cui i piani di vibrazione del campo elettrico sono orientati casualmente (polarizzazione casuale) Luce non polarizzata: la risultante del campo elettrico cambia orientamento casualmente nel tempo Luce polarizzata: la risultante del campo elettrico orientata Nota: nel descrivere i fenomeni ottici spesso si trascura il vettore campo magnetico. Ci semplifica i diagrammi e le descrizioni matematiche. Occorre, tuttavia, ricordare che esiste una componente del campo magnetico che si comporta in modo simile a quella del campo elettrico
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  • Esempio di polarizzazione verticale, orizzontale, circolare Polarizzazione
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  • Interferenza Interferenza costruttiva: 2 onde che arrivano in un punto in fase Interferenza distruttiva: 2 onde che arrivano in un punto in opposizione di fase
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  • += Interferenza
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  • Diffrazione Esempio di diffrazione Capacit delle onde di girare intorno agli ostacoli. Questo comportamento pu essere spiegato mediante il Principio di Huygens: Ciascun punto di un fronte donda agisce come sorgente di piccole onde secondarie il cui inviluppo costituisce un nuovo fronte donda.
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  • Spettro di emissione del corpo nero W = K T 4 dove: W = energia emessa dal corpo K = costante di Stefan-Boltzmann T = temperatura del corp m T= cost m = lunghezza donda alla quale si ha il max di energia, per ogni T Legge dello spostamento di Wien (1864-1928): Legge di Stefan-Boltzmann (1844-1906) La forma della curva verr spiegata da Plank (premio Nobel nel 1918 per la dimostrazione della legge del corpo nero e per altri lavori di termodinamica)
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  • Teoria quantistica irraggiamento del corpo nero Landamento di tale curva fu spiegato da Plank (1900) mediante la teoria dei quanti: lenergia della luce emessa composta da quanti indivisibili proporzionali alla frequenza: E emessa = n h n = 1, 2, 3,... h = 6,63 10 -34 J/s = 4,14 eV sec Max Karl Ernst Ludwig Plank (1858-1947) (Nobel nel 1918)
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  • Nel 1905 la stessa ipotesi dei quanti (fotoni) fu usata da Einstein per spiegare leffetto fotoelettrico Albert Einstein 1879-1955
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  • Effetto fotoelettrico La luce colpisce uno strato di metallo se f > f o vengono emessi elettroni il cui numero proporzionale alla frequenza e allintensit della luce (se f