Conceptes d'ones electromagnètiques

1. Òptica física
Equacions de Maxwell
Institut Anton Busquets i Punset

2. 1- Les equacions de Maxwell
 Les equacions de Maxwell són un conjunt de quatre
equacions que recullen els coneixements fonamentals
de l’electromagnetisme:
 El flux de camp elèctric en una superfície tancada depèn de la
densitat de càrrega elèctrica dins d’aquesta. Això ens indica que
existeixen els monopols elèctrics.
 El flux de camp magnètic en una superfície tancada és zero.
Això ens indica que no existeixen els monopols magnètics.
 La variació de flux magnètic en la superfície que defineix un
conductor tancat hi indueix un corrent elèctric. Aquesta és la llei
de Faraday-Henry-Lenz.
 Un corrent elèctric genera un camp magnètic. Aquesta és la
conclusió de l’experiència de Oersted.

3. 1- Les equacions de Maxwell

4. 1- Les equacions de Maxwell
 Les equacions de Maxwell ens porten a...
 La primera gran unificació: unificació de les forces elèctriques i
magnètiques. Actualment es treballa en cercar la gran unificació
(unificació de les quatre interaccions fonamentals).
 La formulació de la radiació electromagnètica com a ones
electromagnètiques.

5. 2- La llum
 Recordeu el que varem estudiar el curs passat a la
unitat sobre òptica:
 La llum es pot comportar com una partícula (fotons o quantums
d’energia). Això és el que observem en la formació d’imatges en
lents o en la refracció de la llum.
 La llum es pot comportar com una ona (ones
electromagnètiques). Això és el que observem en la difracció o
en la dispersió de la llum.

6. 3- Refracció de la llum
 Quan un raig de llum canvia el seu medi de propagació
també canvia la seva velocitat. Això porta a una refracció
(canvi de direcció de propagació de la llum).
 La llei que defineix aquest fenomen és la llei de Snell:

7. 3- Refracció de la llum
 Un fenomen molt interessant relacionat amb la refracció
de la llum és el de la reflexió total, que es dóna per a
angles d’incidència superiors a l’angle límit.

8. 4- L’espectre electromagnètic
 La radiació electromagnètica està formada per diversos
tipus de fenòmens, tots ells constituïts per ones de
camps elèctrics i magnètics. Els camps els podem
definir com una deformació de l’espai que fa aparèixer
forces sobre algunes entitats. Així:
 El camp elèctric provoca l’aparició de forces sobre les càrregues
elèctriques.
 El camp magnètic provoca l’aparició de forces sobre càrregues
elèctriques en moviment.

9. 4- L’espectre electromagnètic

10. 4- L’espectre electromagnètic
 La radiació electromagnètica es pot considerar
formada per ones, segons l’equació:
C = λ·f
 La radiació electromagnètica es pot considerar
formada per fotons, segons l’equació:
E = h·f

11. 4- L’espectre electromagnètic
 El conjunt dels diferents fenòmens associats a la
radiació electromagnètica és el que anomenem
l’espectre electromagnètic.

12. 4- L’espectre electromagnètic
 Dins de l’espectre visible podem considerar que a cada
color li correspon una longitud d’ona concreta.

13. 5- L’experiència de Young
 El 1801 en Thomas Young va dur a terme l’experiment
de la doble escletxa, amb el qual demostra que la
radiació electromagnètica es propaga com una ona, i no
com una partícula.

14. 5- L’experiència de Young
 Per poder explicar aquest experiment necessitem
utilitzar el principi d’Huygens, segons el qual cada punt
d’un front d’ones es comporta com un focus emissor
d’ones circulars.

15. 6- Els polaritzadors
 Un polaritzador limita la vibració dels camps elèctrics i
magnètics de la radiació a un únic pla.
 Moltes ulleres de sol fan servir polaritzadors per reduir la
intensitat de la radiació electromagnètica.

16. 7- Formació d’imatges reals
 Un mirascope està format per dos miralls oposats, un
dels quals foradat, construïts de manera que l’entrada
de llum coincideix amb el focus del mirall inferior.