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Campi nel dominio della frequenza

1) Trasformata di Fourier :

 

2) Antitrasformata di Fourier e suo significato :

ossia in ogni punto la A(r,t) è data dalla sovrapposizione di campi vettoriali armonici ottenuti prendendo la parte reale di vettori rappresentativi complessi moltiplicati per ejwt  .

3) Vettore polarizzato circolarmente :

Si ha che |Er| = |Ej| ed i due vettori sono fra loro ortogonali ossia il loro prodotto scalare è nullo.

 

4) Vettore polarizzato linearmente :

Er ed Ej sono paralleli ossia il loro prodotto vettoriale è nullo.

 

5) Angolo di inclinazione :

È la angolo y compreso tra la asse maggiore della ellisse di polarizzazione e ad esempio la asse orizzontale del piano in cui si trova l´ellisse.

 

6) Angolo di ellitticità :

È la angolo c compreso tra la asse maggiore della ellisse e il segmento che parte nel centro della ellisse e finisce nella intersezione delle proiezioni ortogonali del semiasse maggiore e del semiasse minore , esso vale .

 

7) Vettori analitici :

Sono vettori che si introducono per evidenziare il fatto che ad una sinusoide non è associabile alcuna informazione ed inoltre i segnali che portano informazione sono a banda stretta e quindi si può pensare che il modulo e la anomalia siano si variabili nel tempo ma apprezzabilmente costanti nell´intorno di un generico istante.

 

8) Mezzo non polare :

È costituito da un aggregato di cariche di segno opposto la cui disposizione spaziale, in assenza di campo elettrico è tale che il baricentro delle cariche positive coincide con il baricentro delle cariche negative.

 

9) Coefficiente di smorzamento :

dove m è la massa associata alla carica ed s è la costante relativa alla forza di smorzamento che agisce sulle cariche di un mezzo apolare le quali sono messe in moto da un campo E ma sono ostacolate dagli urti con le altre particelle.

10) Pulsazione di risonanza w0 :

dove c è la costante relativa alla forza di richiamo cui sono soggette le cariche di un mezzo apolare che si spostano per effetto di un campo elettrico applicato.

 

11) Costante dielettrica in mezzi non polari con cariche vincolate :

Si utilizza l´espressione della costante dielettrica in funzione della polarizzazione ad unità di volume per trovare la quale si associa una massa alla carica elettrica, e quindi si ha una forza di richiamo, un attrito viscoso ed una forza d´inerzia, si scrive l´equazione differenziale e da essa si estrae P in funzione di w dalla quale si ottiene e in funzione di w. Si ottiene :

dalla quale si ha che per frequenze molto inferiori o molto superiori alla frequenza di risonanza la costante dielettrica è puramente reale e sostanzialmente indipendente dalla frequenza, per frequenze prossime alla pulsazione di risonanza si ha che la parte reale da luogo prima ad una sovraelongazione e poi a una sottoeleongazione mentre la parte immaginaria che è sempre negativa per i mezzi passivi, dà luogo alle “Lorenziane” ossia delle campane gaussiane centrate sulla risonanza.

 

12) Costante dielettrica in mezzi compositi (atmosfera) :

Per i mezzi compositi si deve tener presente che sono possibili diversi tipi di deformazione delle molecole in presenza di un campo elettrico e sicuramente cambiano da molecola a molecola, ebbene per questi mezzi la costante dielettrica deve tener conto per ogni componente del mezzo di tutti i possibili modi ed anche dei modi che sono indipendenti dalla frequenza, questo sia per la parte reale che per la parte immaginaria. L´andamento che si ottiene è lo stesso che si aveva per i mezzi non compositi, ripetuto su per ogni modo contraddistinto da una diversa frequenza di risonanza.

 

13) Polarizzazione per orientamento :

Nei mezzi polari come la acqua liquida si hanno dei dipoli elettrici permanenti i quali sono orientati a caso, soltanto in presenza di un campo elettrico esterno esse si orientano come il campo.

 

14) Tempo di rilassamento di un materiale :

dove s è il coefficiente associato al momento della forza di smorzamento che si oppone alla rotazione dei dipoli mentre c è il coefficiente associato al momento della forza di collisione dovuta all´energia termica la quale tende a disordinare i dipoli.

 

15) Costante dielettrica nei mezzi polari :

Per trovare P occorre tener conto stavolta dei momenti delle forze, si ottiene che la costante dielettrica è costituita da un contributo dovuto alla polarizzazione per deformazione e da un contributo dovuto alla polarizzazione per orientamento. Si trova che la costante dielettrica è pressochè costante alle basse frequenze mentre per frequenze maggiori della frequenza di risonanza il contributo è solo quello della polarizzazione per deformazione perché quella per orientamento è troppo rapida per essere seguita dalle molecole.

 

16) Costante dielettrica nei conduttori :

 

17) Conducibilità nel dominio della frequenza :

Per trovare la conducibilità si utilizza l´equazione differenziale scritta per i conduttori, stavolta però con incognita la velocità u e non lo spostamento l in funzione del tempo, si ottiene :

Tale espressione si semplifica notevolmente a “bassa frequenza” ossia nel caso in cui si ha w<<a  , che poi è il caso dei conduttori più comuni utilizzati in radiofrequenza.

 

18) Relazione tra conducibilità e costante dielettrica :

Si ha che la parte reale della conducibilità è legata alla parte immaginaria della costante dielettrica tramite la relazione :

pertanto sia e´´ che g descrivono dei fenomeni dissipativi.

 

19) Conducibilità equivalente nel mezzo :

Nel caso dei materiali non conduttori per i quali quindi la conducibilità tende a zero, può essere definita una conducibilità equivalente tramite la parte immaginaria della costante dielettrica    .

 

20) Costante dielettrica nei dielettrici acquosi :

Sia la parte reale che la parte immaginaria sono legate a tutti e 3 i modi di polarizzazione ossia deformazione, orientamento e spostamento di cariche libere, si hanno le due seguenti espressioni :

                 

si nota in particolare che alle basse frequenze prevale l´effetto dei sali i quali per frequenze più alte presentano una mobilità molto bassa, tale effetto è appena visibile per la parte reale mentre è molto evidente per la parte immaginaria.

Esempi di dielettrici acquosi sono la acqua di mare e le membrane cellulari.

 

21) Ionosfera :

Si trovano 2 risultati differenti in funzione della frequenza :

a)       per frequenze molto basse la ionosfera si comporta come un conduttore pertanto la radiazione si propaga guidata tra la terra e questo conduttore.

b)       Per frequenze nel range hf la ionosfera diviene un dielettrico con costante dielettrica variante con la altitudine, il che determina il fenomeno della diffrazione che fa deviare il campo elettromagnetico sino a farlo ritornare a terra.

 

22) Frequenza di plasma :

per frequenze ad essa superiori la ionosfera si comporta come un dielettrico.