Interferența și polarizarea undelor electromagnetice

1. Scopul lucrarii

Aceasta lucrare de laborator îsi propune sa studieze doua probleme distincte, ambele bazate pe utilizarea undelor electromagnetice în gama lungimilor de unda ultrascurte.

Primul scop al acestei lucrari este acela de a determina valoarea numerica a lungimii de unda (respectiv a frecventei) caracteristice undei electromagnetice emisa de generatorul utilizat în schema, pe baza studiului unui fenomen de interferenta.

Al doilea scop este reprezentat de analiza calitativa a starii de polarizare a undei electromagnetice într-un punct corespunzator unui maxim de intensitate.

2. Teoria lucrarii

2.1. Notiuni generale despre unde

Prin notiunea de unda se întelege propagarea unei perturbatii într-un mediu. O alta definitie, echivalenta [1] spune ca prin unda se întelege - de asemenea - multimea valorilor unei marimi fizice caracteristice perturbatiei în propagare, într-un domeniu dat.

Din punct de vedere matematic undele sunt functii care depind atât de timp cât si de alte variabile, cel mai frecvent fiind vorba de coordonatele spatiale.

Tipurile mai frecventa întâlnite de unde sunt :

- undele elastice (perturbatii mecanice în medii materiale) : de exemplu u = u(x, y, z) , unde u reprezinta elongatia caracteristica oscilatiei (vibratiei) unei membrane elastice ;

- undele electromagnetice (propagare în medii substantiale sau în vid a perturbatiilor electromagnetice) : de exemplu E(x,y,z,t) , unde E reprezinta intensitatea câmpului electric ;

- undele magnetohidrodinamice (cu dublu caracter elastic si electromagnetic) ;

- undele termice : T(x,y,z,t) , T fiind temperatura unui punct din mediu, în cazul unui proces de conductie termica ;

- undele de Broglie (asociate microparticulelor).

Sursa undei este constituita din perturbatia initiala care genereaza unda.

In cazul undelor electromagnetice este vorba, evident, de propagarea unui câmp electromagnetic variabil, perturbatia initiala fiind - în acest caz - de natura electromagnetica.

Propagarea perturbatiilor se poate descrie cu o aceeasi teorie matematica, indiferent de natura lor. Pentru cazul particular (idealizat) în care perturbatia Y numita functia de unda depinde de o singura coordonata spatiala , unda respectiva numindu-se unda armonica plana, expresia matematica corespunzatoare este :

Aceasta este notatia în complex utilizata pentru a desemna unda armonica plana. Ea este folosita frecvent, întrucât usureaza calculele (în anumite situatii).

Reprezentarea reala corespunzatoare este :

Deoarece perturbatia initiala este de natura electromagnetica, functia y(x,t) poate fi oricare dintre marimile locale ale câmpului electromagnetic : intensitatea câmpului electric , intensitatea câmpului magnetic , inductia electrica , inductia magnetica ,etc.

Deoarece undele electromagnetice acopera o gama foarte larga de frecvente unghiulare, care se împarte în mai multe subdomenii, se recomanda a se consulta tabelul 3 , prezentat în anexa acestei lucrari.

2.2. Interferenta undelor electromagnetice

Prin interferenta se întelege fenomenul de suprapunere a unor unde coerente. Conditiile necesare pentru ca doua sau mai multe unde sa fie coerente se refera la obligativitatea ca acestea sa aiba aceeasi frecventa, iar diferenta de faza între undele care se suprapun în punctul considerat sa fie constanta în timp.

Experimental , conditiile de coerenta (astfel încât suprapunerea sa dea o imagine de interferenta) se asigura atunci când cele doua unde provin de la o aceeasi sursa (ca în cazul acestui experiment !).

Schema de principiu a instalatiei folosite pentru studiul interferentei în cadrul acestei lucrari este indicata în figura 1.

In dispozitivul de receptie (antena dipol) R se suprapun atât unda venita direct de la antena dipol emitatoare S (alimentata de generatorul de unde ultrascurte) cât si aceeasi unda reflectata de panoul metalic P plasat pe masa de lucru. Unda rezultata în urma interferentei este detectata, intensitatea sa fiind proportionala cu semnalul electric indicat de voltmetru.