Antenna a dipolo elettrico
Salve a tutti. Vorrei capire meglio come funzionano le onde elettromagnetiche prodotte da un dipolo elettrico oscillante.
Ho trovato questa domanda: Un’antenna a dipolo elettrico è posta verticalmente nel vuoto. L’onda elettromagnetica emessa com'è polarizzata?
Ho capito che le onde elettromagnetiche vengono prodotte da cariche in moto accelerato. Un esempio di moto accelerato di cariche che producono onde elettromagnetiche è il dipolo elettrico oscillante. A lezione è stato detto che nel dipolo elettrico oscillante la carica positiva e negativa vengono fatte oscillare l'una rispetto all'altra sempre sull'asse del dipolo (che qua supponiamo messa in verticale).
Ma come vengono fatte oscillare le due cariche del dipolo? A cosa è legata in modo specifico la generazione delle onde elettromagnetiche ? Come si propagano le onde da questo dipolo e come vibra quindi il campo elettrico associato all'onda?
Perchè si parla anche di antenne a dipolo elettrico?
Grazie mille.
Ho trovato questa domanda: Un’antenna a dipolo elettrico è posta verticalmente nel vuoto. L’onda elettromagnetica emessa com'è polarizzata?
Ho capito che le onde elettromagnetiche vengono prodotte da cariche in moto accelerato. Un esempio di moto accelerato di cariche che producono onde elettromagnetiche è il dipolo elettrico oscillante. A lezione è stato detto che nel dipolo elettrico oscillante la carica positiva e negativa vengono fatte oscillare l'una rispetto all'altra sempre sull'asse del dipolo (che qua supponiamo messa in verticale).
Ma come vengono fatte oscillare le due cariche del dipolo? A cosa è legata in modo specifico la generazione delle onde elettromagnetiche ? Come si propagano le onde da questo dipolo e come vibra quindi il campo elettrico associato all'onda?
Perchè si parla anche di antenne a dipolo elettrico?
Grazie mille.
Risposte
"Martinaina":
Salve a tutti. Vorrei capire meglio come funzionano le onde elettromagnetiche prodotte da un dipolo elettrico oscillante.
Ho trovato questa domanda: Un’antenna a dipolo elettrico è posta verticalmente nel vuoto. L’onda elettromagnetica emessa com'è polarizzata?
Ho capito che le onde elettromagnetiche vengono prodotte da cariche in moto accelerato. Un esempio di moto accelerato di cariche che producono onde elettromagnetiche è il dipolo elettrico oscillante. A lezione è stato detto che nel dipolo elettrico oscillante la carica positiva e negativa vengono fatte oscillare l'una rispetto all'altra sempre sull'asse del dipolo (che qua supponiamo messa in verticale).
Quanto hai scritto sopra va bene, ma per evitare equivoci tieni sempre a mente che in pratica le uniche cariche che si muovono sono quelle negative, gli elettroni. I protoni rimangono fissi nel metallo.
E' come dire che che se io vado a Roma, posso dire che io e Roma ci muoviamo uno rispetto all'altro. Ma dubito che Roma si stia spostando.
Ma come vengono fatte oscillare le due cariche del dipolo? A cosa è legata in modo specifico la generazione delle onde elettromagnetiche ? Come si propagano le onde da questo dipolo e come vibra quindi il campo elettrico associato all'onda?
Perchè si parla anche di antenne a dipolo elettrico?
Grazie mille.
Eh... sono domande interessanti. Il problema è che ci vorrebbe un trattato di antennistica, di elettromagnetismo e di propagazione delle onde elettromagnetiche.
Se proprio vogliamo rispondere....
Ma come vengono fatte oscillare le due cariche del dipolo?
Le antenne "vere", sono collegate anche a un circuito elettrico che si chiama appunto "oscillatore" che fa oscillare la tensione (e la corrente).
A cosa è legata in modo specifico la generazione delle onde elettromagnetiche ?
A quello che hai detto tu. Al movimento degli elettroni.
Qualunque elettrone che si muove genera una radiazione EM. Anche un elettrone solitario lanciato nel vuoto genera un campo EM.
Come si propagano le onde da questo dipolo ?
Nel vuoto. Viaggiano alla velocità della luce. Sono energia pura che viaggia.
Allo stesso modo in cui i raggi del sole arrivano a te.
Immagina le onde sulla superficie dell'acqua. E' la cosa più simile a cui puoi pensare, altrimenti ti devi fidare delle formule matematiche e agli esperimenti degli scienziati.
e come vibra quindi il campo elettrico associato all'onda?
Vibra alla frequenza dell'antenna che l'ha generato. In genere sono sinusoidi. Le formule di Maxwell lo descrivono rigorosamente.
Perchè si parla anche di antenne a dipolo elettrico?
E' il tipo di antenna più semplice. E quella più "ideale".
Pensa all'antenna della radio. Che non è un dipolo ma funziona lo stesso.
Però qui si entra nel mondo delle antenne, ce ne sono centinaia di tipi, ognuna progettata per uno scopo specifico.
Di nuovo, ci vorrebbe un trattato di antennistica per fare una cosa seria.
In un corso di fisica, l'antenna è al più un pezzo di filo nel vuoto, al cui interno come per magia si muovono delle cariche elettriche e che magicamente emette un campo EM.
A cosa è legata in modo specifico la generazione delle onde elettromagnetiche ?
A quello che hai detto tu. Al movimento degli elettroni.
Qualunque elettrone che si muove genera una radiazione EM. Anche un elettrone solitario lanciato nel vuoto genera un campo EM.
Riguardo a questa domanda mi interessava sapere se la produzione di onde elettromagnetiche da parte del dipolo oscillante è legata al momento di dipolo.
Come si propagano le onde da questo dipolo ?
Nel vuoto. Viaggiano alla velocità della luce. Sono energia pura che viaggia.
Allo stesso modo in cui i raggi del sole arrivano a te.
Immagina le onde sulla superficie dell'acqua. E' la cosa più simile a cui puoi pensare, altrimenti ti devi fidare delle formule matematiche e agli esperimenti degli scienziati.
Questo in forma qualitativa l'avevo immaginato. Ma per rispondere alla domanda che ho fatto inizialmente (Un’antenna a dipolo elettrico è posta verticalmente nel vuoto. L’onda elettromagnetica emessa com'è polarizzata?) mi serve qualcosa di più specifico e in particolare la polarizzazione dell'onda..vorrei sapere come si propaga l'onda dal dipolo. Ad esempio: si propaga nello stesso modo in cui si propagano le onde sulla superficie di un liquido quando in esso cade una goccia dello stesso liquido? Cioè si generano delle circonferenze di raggio via via più grande a partire dalla sorgente(la goccia)
e come vibra quindi il campo elettrico associato all'onda?
Vibra alla frequenza dell'antenna che l'ha generato. In genere sono sinusoidi. Le formule di Maxwell lo descrivono rigorosamente.
Ma in che direzione?
Grazie mille
Forse in una botta unica riesco a darti qualche risposta.
Facciamo questo esperimento...
Partiamo dal fatto che due cariche elettriche si influenzano a vicenda anche se sono distanti.
Se io sono nello spazio e lascio libere due cariche di segno opposto queste cominciano ad avvicinarsi. L'accelerazione delle cariche è parallela alla linea che unisce le due cariche.
Adesso prendo due tubicini stretti e lunghi chiusi alle estremità, fatti di materiale isolante. Dentro ciascun tubetto metto una pallina di materiale isolante. Dentro alle due palline è distribuita una carica. La pallina è libera di muoversi su e giù per il tubetto.
Fisso un sistema di coordinate. Immaginiamo che i due tubetti siano paralleli all'asse y e i loro centri stiano sull'asse x.
Ora faccio oscillare una delle palline con un sistema meccanico, con moto ad es. sinusoidale.
Che fa l'altra pallina ?
Dovrebbe essere abbastanza chiaro che anche l'altra si mette ad oscillare, perchè risente della posizione della prima pallina.
In questo modo ho fatto un rudimentale sistema trasmettitore-ricevitore di antenne.
Le antenne reali non sono poi molto diverse, perchè sono dei tubi (fili di rame) dentro a cui gli elettroni oscillano.
Ora giro il tubetto "ricevente" di 90°.
L'antenna ricevente, riceve ancora il segnale ?
Adesso è più chiaro perchè e come l'onda è polarizzata ?
Vedi che qui non si parla più di onde, ma i concetti sono gli stessi. Il concetto di onda è più un artificio dovuto al fatto che la radiazione si propaga a velocità finita (della luce), ma non c'è bisogno di scomodare le "onde" per fare una antenna.
Facciamo questo esperimento...
Partiamo dal fatto che due cariche elettriche si influenzano a vicenda anche se sono distanti.
Se io sono nello spazio e lascio libere due cariche di segno opposto queste cominciano ad avvicinarsi. L'accelerazione delle cariche è parallela alla linea che unisce le due cariche.
Adesso prendo due tubicini stretti e lunghi chiusi alle estremità, fatti di materiale isolante. Dentro ciascun tubetto metto una pallina di materiale isolante. Dentro alle due palline è distribuita una carica. La pallina è libera di muoversi su e giù per il tubetto.
Fisso un sistema di coordinate. Immaginiamo che i due tubetti siano paralleli all'asse y e i loro centri stiano sull'asse x.
Ora faccio oscillare una delle palline con un sistema meccanico, con moto ad es. sinusoidale.
Che fa l'altra pallina ?
Dovrebbe essere abbastanza chiaro che anche l'altra si mette ad oscillare, perchè risente della posizione della prima pallina.
In questo modo ho fatto un rudimentale sistema trasmettitore-ricevitore di antenne.
Le antenne reali non sono poi molto diverse, perchè sono dei tubi (fili di rame) dentro a cui gli elettroni oscillano.
Ora giro il tubetto "ricevente" di 90°.
L'antenna ricevente, riceve ancora il segnale ?
Adesso è più chiaro perchè e come l'onda è polarizzata ?
Vedi che qui non si parla più di onde, ma i concetti sono gli stessi. Il concetto di onda è più un artificio dovuto al fatto che la radiazione si propaga a velocità finita (della luce), ma non c'è bisogno di scomodare le "onde" per fare una antenna.
"Quinzio":
Fisso un sistema di coordinate. Immaginiamo che i due tubetti siano paralleli all'asse y e i loro centri stiano sull'asse x.
Ora faccio oscillare una delle palline con un sistema meccanico, con moto ad es. sinusoidale.
Che fa l'altra pallina ?
Dovrebbe essere abbastanza chiaro che anche l'altra si mette ad oscillare, perchè risente della posizione della prima pallina.
In questo modo ho fatto un rudimentale sistema trasmettitore-ricevitore di antenne.
Le antenne reali non sono poi molto diverse, perchè sono dei tubi (fili di rame) dentro a cui gli elettroni oscillano.
Ora giro il tubetto "ricevente" di 90°.
L'antenna ricevente, riceve ancora il segnale ?
Adesso è più chiaro perchè e come l'onda è polarizzata ?
Vedi che qui non si parla più di onde, ma i concetti sono gli stessi. Il concetto di onda è più un artificio dovuto al fatto che la radiazione si propaga a velocità finita (della luce), ma non c'è bisogno di scomodare le "onde" per fare una antenna.
E questo mi è chiaro.
Ma ad esempio, considerando un'antenna o dipolo oscillante posto in verticale si può dire che:
1) la radiazione elettromagnetica emessa dal dipolo è omnidirezionale e quindi fissato il dipolo oscillante sull'asse x verticale la radiazione si propaga in tutte le direzioni (quindi lungo x e y).
2)l'onda e.m si propaga solo lungo l'asse y e quindi avremo che il campo elettrico vibra sempre nello stesso piano perpendicolare all'asse y (quindi onda polarizzata in un piano verticale). IL DIPOLO SI COMPORTA IN MODO ANISOTROPO
Qual è la conclusione corretta? La due?
Allora si tratta del dipolo elementare o dipolo di Hertz. In sostanza quello che devi fare è integrare la funzione di green per determinare il potenziale vettore magnetico A (di solito questi sono problemi EM in cui prima si determinano i potenziali - p. elettrodinamici in frequenza, cioè magnetico A ed elettrostatico V - e poi sono sempre ricavabili tutte le quantita elettromagnetiche, ovvero principalmente i vettori E e H).
In 3 semplici passi, Funzione di Green:
$ G(ul(r), ul(r'))=\frac{e^{-jk|ul(r)-ul(r')|}}{4 \pi |ul(r)-ul(r')|} $
Potenziale vettore magnetico:
$ ul(A) = \int G(ul(r), ul(r')) ul(J)(ul(r')) d\tau = ul(A)_z ~= \frac{e^{-jkr}}{4 \pi r}Il z_0 $
Campo elettrico / magnetico:
$ { ( B = grad ^^ A ),( E = -jk \zeta (A + (grad grad A))/k^2 ):} $
Nel caso di campo lontano $( r>>\lambda)$ :
$ { ( E = E_{\theta}= (H_{\phi})/(\zeta) ),( H=H_{\phi}=jkG(ul(r))sin\theta ):} $
Se passi da coordinate cilindriche a cartesiane la polarizzazione la vedi subito.
Fonte: qualunque libro di campi EM
In 3 semplici passi, Funzione di Green:
$ G(ul(r), ul(r'))=\frac{e^{-jk|ul(r)-ul(r')|}}{4 \pi |ul(r)-ul(r')|} $
Potenziale vettore magnetico:
$ ul(A) = \int G(ul(r), ul(r')) ul(J)(ul(r')) d\tau = ul(A)_z ~= \frac{e^{-jkr}}{4 \pi r}Il z_0 $
Campo elettrico / magnetico:
$ { ( B = grad ^^ A ),( E = -jk \zeta (A + (grad grad A))/k^2 ):} $
Nel caso di campo lontano $( r>>\lambda)$ :
$ { ( E = E_{\theta}= (H_{\phi})/(\zeta) ),( H=H_{\phi}=jkG(ul(r))sin\theta ):} $
Se passi da coordinate cilindriche a cartesiane la polarizzazione la vedi subito.
Fonte: qualunque libro di campi EM
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo