Maturità scientifica 2015 orale

[giuseppe '97]

Salve gente, tra pochi giorni dovrò affrontare l'ultima prova dell'esame di maturità e sto ancora scrivendo la tesina! Ho deciso di affrontare, in fisica, le onde elettromagnetiche ma non avendole mai davvero trattate a scuola ho paura di starle esponendo male. Qualcuno qui ha consigli?

In fisica con il termine onda si indica una perturbazione che nasce da una sorgente e si propaga nel tempo e nello spazio, trasportando energia o quantità di moto senza comportare un associato spostamento della materia. Le onde possono propagarsi sia attraverso un materiale, sia nel vuoto. Ad esempio la radiazione elettromagnetica può propagarsi anche in assenza di materia, mentre altri fenomeni ondulatori esistono unicamente in un mezzo fisico, che deformandosi produce le forze elastiche di ritorno in grado di permettere all'onda di propagarsi
In generale le onde sono caratterizzate da una cresta (punto alto), da un ventre (punto più basso) e sono classificabili come longitudinali o trasversali. Nelle onde trasversali la vibrazione è perpendicolare alla direzione di propagazione, in quelle longitudinali invece la vibrazione è concorde con la direzione di propagazione dell'onda.
Ogni onda ha alcune caratteristiche:
• la distanza tra due creste o due ventri successivi è definita lunghezza d'onda e si calcola in metri
• il tempo che intercorre tra il passaggio di due creste successive dallo stesso punto si chiama periodo, calcolato in secondi
• la frequenza, definita in base al periodo, si calcola con la formula f=1/T e ha come unità di misura l'Hertz . Questa è fondamentale per le telecomunicazioni in quanto ogni onda radio, un'onda elettromagnetica, è definita da una certa frequenza e sintonizzando due apparecchi su una stessa frequenza è possibile usare le onde per scambiare informazioni.
Un'onda elettromagnetica si genera a partire dalla variazione nel tempo di una corrente elettrica. Questo può avvenire ad esempio con una carica accelerata: nel caso di una corrente alternata un elettrone oscilla con moto armonico lungo il filo, e la frequenza dell'onda prodotta dal suo movimento è data dalla frequenza di oscillazione dell'elettrone.
Per le normali comunicazioni radio viene usata un'antenna, le cui particelle oscillano alla stessa frequenza dell'alternatore con cui è alimentato il circuito emittente. Quando le onde raggiungono un’antenna ricevente, interagiscono con le cariche elettriche presenti nei fili dell’antenna riproducendo il segnale elettrico generato dall'emittente e preservando quindi l'informazione.
La lunghezza delle antenne è sempre condizionata dalle frequenze a cui esse devono funzionare: essendo la lunghezza d'onda inversamente proporzionale alla frequenza, più è alta la frequenza più piccola sarà l'antenna, cosa che ha permesso alle moderne antenne per tecnologie come il Wi-fi di essere integrate in dispositivi molto piccoli. Inoltre la quantità di informazione che può essere trasportata è proporzionale alla frequenza quindi, sempre parlando di wi-fi, è questo il motivo per cui molti dispositivi cominciano ad utilizzare anche antenne a 5GHZ in coppia con le vecchie 2.4GHZ. Così però varia anche la lunghezza d'onda che influenza la penetrazione o meno attraverso le superfici: questo si spiega pensando al fatto che minori sono le lunghezza in campo più queste si avvicinano a dimensioni microscopiche e più influisce su di esse la densità e l'agitazione termica della materia. Qui c'è una tabella che mostra che utilizzo ha ogni frequenza al giorno d'oggi
Banda Frequenza Lunghezza d'onda Principali impieghi
ELF
(Extremely low frequency)
3–30 Hz 100.000 km – 10.000 km Comunicazione radio con i sottomarini, ispezione tubazioni, studio del campo magnetico terrestre

SLF
(Super low frequency)
30–300 Hz 10.000 km – 1.000 km Comunicazione con i sottomarini, per es. la radio russa ZEVS

ULF
(Ultra low frequency)
300–3000 Hz 1.000 km – 100 km utilizzate per le comunicazioni in miniera
VLF
(Very low frequency)
3–30 kHz
100 km – 10 km Marina, comunicazione con sommergibili in emersione

LF
(Low frequency)
30–300 kHz 10 km – 1 km Trasmissioni radio intercontinentali in AM,
trasmissione del segnale di tempo standard per gli orologi radiocontrollati.

MF
(Medium frequency)
300–3000 kHz 1 km – 100 m
Trasmissioni radio in AM
HF
(High frequency)
3–30 MHz
100 m – 10 m
(Onde corte)
Radioamatori, Banda cittadina, trasmissioni intercontinentali in codice Morse

VHF
(Very high frequency)
30–300 MHz 10 m – 1 m Radio commerciali in FM, Aviazione, Marina, Forze dell'ordine, Televisione, Radioamatori, Radiofari

UHF
(Ultra high frequency)
300–3000 MHz 1 m – 100 mm
Radio PMR, Televisione, Telefonia cellulare, WLAN (2.4ghz)

SHF
(Super high frequency)
3–30 GHz 100 mm – 10 mm
Radar, Satelliti, WLAN (5ghz)

EHF
(Extremely high frequency)
30–300 GHz 10 mm – 1 mm
Trasmissioni satellitari

[Ziosilvio]

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