Fisica classica/Campi elettromagnetici nei dielettrici: differenze tra le versioni

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Se si riscrivono le equazioni di Maxwell in presenza di materia, immaginando che non vi siano né cariche libere né correnti di conduzione, si arriva anche nei dielettrici, cioè i materiali isolanti, ad una equazione delle onde:
{{Equazione|eq=:<math>\nabla^2 \vec E=\frac 1{c'^2} \frac {\partial^2 \vec E}{\partial t^2}</math>|id=26}}
La differenza è che la velocità della luce ha un valore inferiore a quello del vuoto:
:<math>c'=\frac cn\ </math>
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Dove <math>\epsilon_r </math> è la [[w:Costante_dielettrica|costante dielettrica]] relativa (sempre maggiore di 1) e
<math>\mu_r\ </math> è dettala [[w:Permeabilit%C3%A0_magnetica|permeabilità magnetica]] relativa, che nella maggior parte delle sostanze è prossima all'unità. Quindi se consideriamo, ad esempio, l'acqua, deionizzata cioè senza elettroliti in soluzione, la quale ha una costante dielettrica relativa pari a 80, la velocità della luce per quanto riguarda le basse frequenze è circa 1/9 di quella nel vuoto.
 
A frequenze più alte, se si tiene in considerazione la spiegazione microscopica della costante dielettrica relativa, bisogna introdurre la [[w:Polarizzazione_nei_dielettrici:|polarizzazione del dielettrico]]. La Polarizzazione non risponde istantaneamente se il campo elettrico presente localmente oscilla ad una frequenza elevata,. Inoltre vi è un assorbimento delle onde elettromagnetiche da parte del dielettrico.
Per tenere in conto di entrambi gli aspetti, la riduzione della velocità della luce e lo sfasamento della polarizzazione, si introduce un indice di rifrazione complesso (indicato con un tilde) :
:<math>\tilde{n}=n-j\kappa\ </math>
Dove la parte reale determina la velocità (di fase) dell'onda alla frequenza considerata,
mentre ''κ'' chiamato coefficiente di estinzione, da un'idea di quanta parte dell'onda viene assorbita nell'attraversamento del mezzo. Sia ''n'' che ''κ'' dipendono dalla frequenza.
 
La variazione di ''n'' con la frequenza va sotto il nome di dispersione, fenomeno molto evidente in ottica, ma presente in un vasto intervallo di frequenze. L'equazione microscopica che descrive l'azione del campo elettrico sui dipoli elementari di cui è fatta la materia è simile a quella di un [[w:Oscillatore_forzato#Moto_armonico_forzato_con_termine_di_smorzamento|oscillatore armonico forzato con un termine di smorzamento]]. Tale sistema ammette una frequenza di risonanza, al crescere della frequenza, fino a quando il materiale ha un assorbimento ''κ'',
''n'' tende a crescere. In corrispondenza della frequenza di risonanza dove ''κ''
è massimo ''n'' può diventare inferiore all'unità. In pratica si ha che ad esempio l'acqua alle frequenze ottiche ha un indice di rifrazione di appena 1.33 (invece di 9 come ci si aspetterebbe
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La figura mostra l'opacità dell'[[w:Atmosfera_terrestre|atmosfera]] nel vicino [[w:Radiazione_infrarossa|infrarosso]] (lunghezze d'onda tra 14 microns e 700 nm).
L'opacità è una misura del coefficiente di assorbimento.
LeAlcune varie speciemolecole presenti nell'atmosfera hanno caratteristiche frequenze di risonanza indicate sull'asse delle ascisse.
 
[[Categoria:Fisica classica|Campi elettromagnetici nei dielettrici]]