Radiazione e MateriaLo spettro di Corpo Nero

La Radiazione Elettromagnetica

0 BchiusaS

dt

BdldE

S

1

1

Edt

dIldB SS

222

00

.

0

chiusa

chiusa

Tot in SS

QE

Legge di Gauss

3

01

chiusaSinTot

chiusaSN

N

ii

QEsdE

01

EsdE

chiusaSN

N

ii

La legge di Gauss si verifica sperimentalmente vera anche per cariche in moto

Legge di Gauss

Forza di Coulomb

Forza tra cariche e Campo Magnetico

5

d

qIvF

EqBvqFTot

Divergenza di B

6

I

BB

B

BB

B

0 BS

S2

I

S3

S1

Induzione Elettromagnetica

7Esperienze di Faraday (1831)

8

B non uniforme

=

Legge di Faraday – Neumann - Lenz

9

dt

Bdf

S

fem

tBSfem sin

dt

BdldE

S

Legge di Ampére

10

Circuitazione del campo magnetico

ldBldBN

Niii

,...,1

0 SB dl J

curvalaconeconcatenat

CorrentiiIldB 0

= m0( i1 + i2 - i3)

La corrente di spostamento di Maxwell

11

I RCteR

VtI /0 jtIldB S

00

Legge di Ampére Sg è arbitraria!!

Ma…

ldBjS

0 ????

j cond

j spost

0 spostcondS jjchiusa

spostSS

S

spost jdt

Ed

dt

EdI

00

Oscillazioni del campo E.M.

12

Cavità risonanteOscillatore LC

C

L

dt

dIL

dt

Bd

C

dttI

C

tQ S

t

0

')'()( I

LCdt

Id 12

2

ILCdt

Id 12

2

LCtII

1)sin( 000

Equazione delle Onde

13

0 0

EdB d s

dt

dEhhEhdEEsdE )(

dt

dEdxhdBh 00 E

E

d dEE h dx h dx

dt dt

B+ dB

B

dx

BdE d s

dt

B B h dx dB dE dB

h dE h dxdt dx dt

0 0

B E

x t

E B

x t

2

2

002

2

t

E

x

E

200

1

c

299 792 458 m/sc

( )B ds B dB h B h h dB

Onde Elettromagnetiche

e Luce

14

01

2

2

22

t

f

cf

Onde Hertziane (1887)

NON INVARIANTE SOTTO TRASFORMAZIONI DI GALILEI

Caratteristiche principali delle Onde EM

15

sinmE E kx t sinmB B kx t

Numero d’onda: 2 /k Frequenza angolare: 2 / T

kc

Legge di dispersione

Onde trasversaliPOLARIZZAZIONE

mm BcE

2

222

0 0 000 0

1 1 1 1

2 2 2 2E B

Bu E cB B u

Densità di energia

2

0

1qmI E

c

2m

qm

EE

Flusso di energiaistantanea

2

0

1S E

c

0

1S E B

V. Poynting

Trasporto di energia e momento

2

potenza

area 4SPIr

Una sorgente puntiforme emette onde elettromagnetiche sferiche:

ist ist

energia/tempo potenza

area areaS

U IA t pF

t

U tI

A

2 assorbimento totale riflessione totale

pressione di radiazioner

IA IAF F

c cF

pA

incidenteS

p

r

Ip

c incidenteS

riflessaS

p2

r

Ip

c

17

Lampadina ad incandescenza Converte energia elettrica in termica e quindi radiante.

Tubo al neon e fulmini Convertono energia elettrica in energia di ionizzazione e poi radiante.

Sole e stelle Converte energia nucleare in radiante.

Fiamma Converte energia chimica (combustione) in energia radiante. Aurore Converte energia cinetica in energia di eccitazione in energia radiante.

Sorgenti di radiazione(primarie )

18

Visibile1666 – Newton disperde la luce visibile con un prisma. Il visibile è prodotto da transizioni degli elettroni in atomi e molecole e da corpi molto caldi

.

Infrarosso1800 – Herschel mostra che la radiazione solare si estende nell’infrarosso. L’infrarosso è prodotto da transizioni rotazionali e vibrazionali delle molecole e da corpi caldi.

Ultravioletto (UV)1801 – Ritter in modo analogo all’IR scopre la luce ultravioletta. L’UV è prodotto da transizioni elettroniche di atomi ionizzati.Onde radio e microonde1885 – Hertz scopre le onde radio.Le onde radio sono prodotte da dispositivi elettrici e elettronici, da radiazione di fondo cosmico e alla radiazione di frenamento.

Raggi X e Raggi 1896 - Roentgen scopre i raggi X.1914 - Rutherford identifica i raggi I raggi X sono prodotti nelle transizioni elettroniche negli atomi di elettroni di shell interne. I raggi sono prodotti nelle reazioni nucleari.

Lo Spettro E.M.

19

Caratteristiche dello spettro

Mesagne, 12/04/2008 20

Spettri discreti e continui

Irraggiamento

«per ogni sostanza il comportamento rispetto

all'emissione e all'assorbimento, a parità di

temperature, è il medesimo»

Radiatore PerfettoCORPO NERO

Assorbitore PerfettoCORPO NERO

e

e = atrasmissione

riflessione

assorbimento

emissione

II Principio della Termodinamica

TfPemiss

Campo E.M. in una Cavita’

.

Numero di modi in una cavita’

Numero di modi/Volume lungh. d’onda

Densita’ di energia/lungh.d’onda

Legge di Rayleigh - Jeans

Equipartizione dell’energia

Spettro di Corpo Nero

hE

23

T2

Ipotesi di Planck (1900): per ogni data frequenza, il sistema materiale può scambiare con la radiazione multipli interi di un quanto fondamentale

L.Wien

1

3

Tk

h

Be

hhE

KmT 03max 10898.2

Statistica Boltzmann

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html