Investeşte în oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 –2013 Axa prioritară nr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere”Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitateînînvăţământulsuperior”

Numărulde identificareal contractului:POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din BucureştiTitlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic

Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale

MODUL DE INSTRUIRE: FIZICA

Curs: 11

Grupele: F1, F2, F3, F4, F6, F7, F10

Formatori:

TIRIBA Gabriela, GYŐRGY Romuald, NICOARA Adrian-Ionut

1

• 11. Unde electromagnetice

• Fenomenul de propagare în spațiu și timp a unei perturbații, cu o viteză finită, din aproape în aproape, prin intermediul unui câmp, se numește undă.

• Un fenomen ondulatoriu periodic va avea aceleași caracteristici la anumite intervale minime de timp (numite perioade T) și în anumite regiuni din spațiu, la o distanță minimă de sursa de perturbație (numită lungime de undă ).

• Frecvența de repetare a fenomenului ondulatoriu se definește prin numărul

de perioade din unitatea de timp

2

• O undă electromagnetică reprezintă propagarea unui câmp electromagnetic variabil, perturbația inițială fiind în acest caz de natură electromagnetică

• O undă electromagnetică este descrisă prin minimum de mărimi care o caracterizează și anume prin E și B

• Ecuațiile de propagare a undelor electromagnetice, au la bază

sistemul de ecuații Maxwell, relații de material și mărimi fizice scalare

și vectoriale ale electromagnetismului, toate contribuind la

caracterizarea structurii câmpului electromagnetic, a interacțiunii

dintre corpurile macroscopice și câmpul electromagnetic, precum și a

mediului în care se produce câmp electromagnetic

• OPTICĂ• Optica studiază lumina şi fenomenele luminoase.

• Lumina provenită de la diferite corpuri constituie agentul fizic care, prin intermediul retinei, face ca ochiul să poată vedea aceste corpuri

• fenomenele luminoase (ex. acţiunea fotochimică, luminescenţa, efectul fotoelectric, efectele fiziologice ale vederii, etc.) sunt produse de câmpul electric alternativ al undei electromagnetice, domeniul vizibil fiind cuprins aproximativ între lungimile de undă λ 400-700 nm.

• O rază de lumină este de fapt o undă electromagnetică.

• Studiul fenomenelor optice se grupează de obicei în trei secţiuni:

• -OPTICĂ GEOMETRICĂ, în care se studiază legile propagării luminii și formării imaginilor optice, făcându-se în general abstracție de natura luminii;

• -OPTICĂ ONDULATORIE, în care se studiază fenomene ca difracția, interferența și polarizația luminii. Astfel de fenomene pot fi explicate considerând lumina ca un fenomen de natură ondulatorie, în speță, o undă electromagnetică;

• -OPTICĂ FOTONICĂ, în care se studiază procese ca efectul fotoelectric și altele ce scot în evidență aspectul corpuscular al undelor electromagnetice

• Optică ondulatorie

• Lumina transportă energie în două moduri:

• prin particule în mișcare, sub formă de energie cinetică a acestor particule;

• prin unde, sub formă de energie deformatoare a unui mediu elastic, fără a avea un transport de masă

• Radiațiile luminoase sunt unde electromagnetice care au proprietatea

de a impresiona retina ochiului, posedând atât proprietăți

ondulatorii cât și proprietăți corpusculare.

• În teoria electromagnetică a luminii se admite dualismul corpuscul-

undă a fenomenului luminos

• Interferența luminii.

• Interferența este fenomenul de suprapunere a două sau mai multe

unde coerente.

• Două unde sunt coerente atunci când prezintă aceeași pulsație și au

o diferență de fază constantă în timp.

• Prin interferența staționară se obțin maxime și respectiv, minime de

interferență.

• Zona comună de propagare constituie un câmp de interferență.

• Un punct oarecare din acest câmp constituie un punct de interferență

• Prin suprapunerea nestaționară a undelor rezultă o intensitate egală

cu suma intensităților undelor componente.

• Fenomenul de interferență a luminii scoate în evidență natura ondulatorie (periodică) a luminii

• În cazul interferenței staționare, intensitatea undei rezultante este de forma

• În urma interferenței staționare se obțin maxime și minime de interferență, numite franje de interferență, care alternează în spațiu

• Difracția luminii.• Fenomenul de difracție este acel fenomen care apare atunci când undele

luminoase, în propagarea lor, întâlnesc obstacole mici (neomogenități ale mediului, în care se propagă, ca obiecte opace, fante, orificii în paravane) cu dimensiuni foarte mici comparabile (ca ordin de mărime) cu lungimea de undă λ.

• Acest fenomen constă în devieri de la propagarea rectilinie a luminii (proprii opticii geometrice).

• Aceste devieri care nu sunt produse numai de reflexie și refracție, apar și la întâlnirea unor suprafețe de discontinuitate ale căror margini sunt ocolite de lumină, fapte constatate experimental

• Redistribuirea intensității undelor luminoase difractate, depinde atât de caracteristicile neomogenităților întâlnite (forma și dimensiunea obstacolului) cât și de cele ale undei luminoase incidente pe obstacol (lungimea de undă, forma suprafeței de undă).

• O undă luminoasă va fi defractată cu atât mai mult cu cât lungimea de undă este mai mare ( λ=mare)

• Fenomenul de apariție a maximelor și minimelor de intensitate a luminii la limita de separare dintre zonele de lumină și cele de umbră geometrică a obstacolului întâlnit de unda luminoasă în propagarea sa, se numește difracția luminii, iar maximele și minimele respective constituie franjele de difracție.

• Difracția apare și când obstacolul este transparent, deoarece și în acest caz, obstacolul respectiv introduce o modificare fie a fazei, fie a amplitudinii.

• Principiul Huygens-Fresnel

• Principiul propagării luminii sub forma frontului de undă (Huygens) este completat cu principiul interferenței undelor periodice și coerente ale surselor (izvoarelor) secundare (Fresnel)

• Exemple• a). difracția luminii poate duce la formarea spectrului luminii albe

(curcubeului), analog dispersiei printr-o prismă optică, cu deosebirea că în cazul difracției , radiațiile roșii sunt mai puternic deviate decât cele violete (invers ca la dispersie);

• b). apariția unei aureole în jurul Lunii sau a Soarelui, se datorează difracției luminii produsă de particule de apă distribuite haotic sub formă de ceață în atmosferă, marginea exterioară a coroanei fiind colorată în roșu (conform teoriei difracției), fenomenul fiind mai intens când picăturile de ceață au aproximativ aceeaș i dimensiune (mărime);

• c). evidențierea unor zone de penumbră, în care intensitatea luminii este diferită de zero în jurul zonelor de umbră geometrică a obstacolelor întâlnite de lumină, nu poate fi explicată în optica geometrică, deoarece conform opticii geometrice, umbra trebuie să aibă conturul bine definit al formei obstacolului. În realitate, lumina pătrunde și în umbra geometrică, astfel încât marginile umbrei sunt difuze prezentând maxime (zone de lumină) și minime (zone de întuneric) ale intensității luminii difractate de obstacolul respectiv.

• Polarizarea luminii.

• Undele de lumină sunt unde electromagnetice, efectele luminoase

fiind produse de către câmpul electric al undei

• Starea de polarizare este o caracteristică generală a undelor

vectoriale și este dată, pentru undele electromagnetice, de locul

geometric al vârfului vectorului electric al undei într-un plan

perpendicular pe direcția de propagare

• Planul determinat de direcția de oscilație a vectorului E și de direcția

de propagare k, se numește plan de oscilație, iar planul

perpendicular pe cel de oscilație se numește plan de polarizare.

Unda electromagnetică fiind o undă transversală, prezintă o stare

de polarizare, adică în fiecare moment vectorii E și H prezintă o

anumită orientare în spațiu.

• Pentru o undă electromagnetică plană

• Vectorul E oscilează numai în planul (xoy) iar vectorul H oscilează

numai în planul (xoz), ambele direcții de oscilație fiind perpendiculare

pe direcția de propagare (ox).

• Sursele obișnuite de unde electromagnetice emit unde electromagnetice în general nepolarizate, datorită mecanismului emisiei (tranziții energetice ale diferitelor microsisteme, molecule, ale sursei).

• Într-o sursă macroscopică există un număr imens de microsisteme, fiecare constituind o sursă punctiformă de unde. Fiecare microsistem emite câte o undă electromagnetică elementară într-un timp foarte scurt.

• În fiecare undă emisă, vectorii oscilează perpendicular pe direcția de propagare, dar posedă toate orientările posibile și fazele posibile. Unda electromagnetică emisă de întreaga sursă este rezultanta tuturor undelor elementare care au vectorul cu toate orientările posibile într-un plan normal pe direcția de propagare.

•

• Proiecția locului geometric, pe care-l descrie în spațiu vârful vectorului câmp electric rezultant, pe un plan perpendicular pe direcția de propagare este deci o elipsă, cu semiaxele Eoy și Eoz

• Vârful vectorului câmp electric descrie o elice întrucât simultan are loc și o propagare de-a lungul axei (Ox). Pasul elicei este . O astfel de undă se numește eliptic polarizată.

• o undă eliptic polarizată este o undă parțial polarizată.

• Dacă

• unda se numește undă circular polarizată

• Daca

• unda se numește undă liniar polarizată

• Grad de polarizare

•

• unde P poate lua valorile 0<P<1:

• -când P = 1, unda este total polarizată, adică ea conține numai componentele ale vectorului electric.

• -când 0 < P < 1, unda este parțial polarizată.

• -când P = 0, unda este nepolarizată, cum este cazul luminii naturale

• Dispozitivele care produc unde liniar polarizate din unde nepolarizate sau parțial polarizate se numesc polarizori.