Trasmissione delle onde elettromagnetiche

Il fenomeno della trasmissione delle onde elettromagnetiche è un processo fondamentale in fisica, che implica il passaggio di un’onda attraverso un mezzo o un’interfaccia tra due mezzi con proprietà diverse. Quando un’onda elettromagnetica incontra un confine tra due mezzi, parte dell’onda viene riflessa mentre l’altra parte viene trasmessa nel secondo mezzo. La trasmissione delle onde elettromagnetiche dipende da vari fattori come le proprietà dei mezzi, l’angolo di incidenza e la polarizzazione dell’onda.

Coefficiente di Trasmissione (T)

Il coefficiente di trasmissione (T) è una grandezza adimensionale che rappresenta la frazione della potenza incidente dell’onda elettromagnetica trasmessa attraverso un confine o interfaccia tra due mezzi con proprietà differenti, come i loro indici di rifrazione. Esso è complementare al coefficiente di riflessione (R), che rappresenta la frazione della potenza incidente riflessa al confine. La somma dei coefficienti di trasmissione e riflessione è uguale a 1:

T + R = 1

Per incidenza normale (θ_i = θ_r = 0), il coefficiente di trasmissione per il campo elettrico (anche detto coefficiente di trasmissione di ampiezza) può essere calcolato usando la seguente formula:

T = 1 – |(n₁ – n₂) / (n₁ + n₂)|²

dove n₁ e n₂ sono gli indici di rifrazione dei primi e secondi media, rispettivamente. Per incidenza non normale, il coefficiente di trasmissione dipende dalla polarizzazione dell’onda incidente (TE o TM) e può essere calcolato usando le equazioni di Fresnel.

Applicazioni Pratiche

La trasmissione delle onde elettromagnetiche ha numerose applicazioni pratiche, tra cui:

Antenne: La trasmissione delle onde radio attraverso l’aria è essenziale per i sistemi di comunicazione wireless, come radio, televisione e reti mobili. Le antenne sono progettate specificamente per trasmettere e ricevere efficacemente queste onde elettromagnetiche.
Finestre e filtri: In ottica, materiali con proprietà di trasmissione specifiche possono essere utilizzati per creare finestre o filtri che trasmettono selettivamente determinate lunghezze d’onda o polarizzazioni della luce. Questo può essere utile in applicazioni come fotografia, microscopia e spettroscopia.
Fibre ottiche: Come menzionato in precedenza sulla rifrazione, la trasmissione di segnali luminosi attraverso fibre ottiche è fondamentale per i sistemi di comunicazione ad alta velocità.
Effetto serra: La trasmissione della radiazione solare attraverso l’atmosfera terrestre e la sua successiva assorbimento da parte dei gas serra contribuisce al riscaldamento del pianeta. Comprendere le proprietà di trasmissione dei diversi gas e il loro impatto sul clima è essenziale per affrontare il riscaldamento globale.
Imaging medico: La trasmissione delle onde elettromagnetiche attraverso il corpo umano viene utilizzata in varie tecniche di imaging medico, come raggi X e risonanza magnetica (MRI), che aiutano a diagnosticare e monitorare diverse condizioni mediche in modo non invasivo.

Esempi di Coefficienti di Trasmissione

Ecco cinque esempi che illustrano i coefficienti di trasmissione per diverse interfacce:

Aria a vetro: Quando la luce viaggia dall’aria (n₁ ≈ 1.0003) al vetro crown (n₂ ≈ 1.52) con incidenza normale, il coefficiente di trasmissione è approssimativamente: T ≈ 0.961
Vetro ad aria: Quando la luce viaggia dal vetro crown (n₁ ≈ 1.52) all’aria (n₂ ≈ 1.0003) con incidenza normale, il coefficiente di trasmissione è approssimativamente: T ≈ 0.961
Aria ad acqua: Quando la luce viaggia dall’aria (n₁ ≈ 1.0003) all’acqua (n₂ ≈ 1.33) con incidenza normale, il coefficiente di trasmissione è approssimativamente: T ≈ 0.977
Acqua ad aria: Quando la luce viaggia dall’acqua (n₁ ≈ 1.33) all’aria (n₂ ≈ 1.0003) con incidenza normale, il coefficiente di trasmissione è approssimativamente: T ≈ 0.977
Aria a diamante: Quando la luce viaggia dall’aria (n₁ ≈ 1.0003) al diamante (n₂ ≈ 2.42) con incidenza normale, il coefficiente di trasmissione è approssimativamente: T ≈ 0.833