Una cavità risonante (o risonante ), a volte chiamata risonatore , è uno spazio vuoto all'interno di un solido in cui risuona un'onda . Questa onda può essere sonora, leggera, come nel caso di un laser , o più in generale elettromagnetica, come un magnetron , che utilizza una cavità nel microonde (in) .
Ogni cavità ha una specifica frequenza di risonanza che dipende dalle sue dimensioni fisiche, dal materiale di cui è composta e dal tipo di onda utilizzata. Tuttavia, sono spesso accompagnati da apparecchiature che consentono di modificare queste caratteristiche e quindi di regolare la frequenza in una certa misura. Le forme più utilizzate sono: il cubo , il cilindro, la sfera e il toro .
In acustica , una delle condizioni perché una cavità diventi risonante è che una delle sue dimensioni sia uguale a un multiplo del periodo dell'onda acustica . Quindi, creerà onde stazionarie e quindi pance e nodi nella scatola. Uno sperimentatore camminando in una stanza potrà notare la differenza di intensità sonora che va dal valore massimo allo zero, quest'ultimo valore sarà la conseguenza di un nodo.
Possiamo visualizzare queste pance e questi nodi in un mezzo bidimensionale attraverso l'esperienza di Chladni . Dove c'è la sabbia, ci sono nodi, non c'è vibrazione; dove la sabbia non è presente, ci sono grandi vibrazioni che spingono la sabbia verso i nodi.
In pratica, la risonanza acustica permette di suonare sul suono delle chitarre acustiche privilegiando alcune armoniche a seconda del legno utilizzato oltre che della forma della cassa di risonanza . Anche i teatri sono costruiti per amplificare i suoni che entrano in scena. Questo processo risale al tempo dei Greci, i teatri greci sono costruiti in modo tale che uno spettatore in cima alle tribune possa sentire un attore parlare normalmente sul palco. Alcune piscine a onde utilizzano anche il principio della risonanza acustica.
Nel campo delle radiofrequenze, il magnetron a cavità è il più noto dei dispositivi che utilizzano queste proprietà. Il suo anodo assume la forma di un solido cilindro di rame che circonda il catodo e il filamento posto in uno spazio vuoto al centro. Viene scavato da 8 a 20 fori attorno alla sua circonferenza. Questi fungono da cavità risonanti e si aprono sul foro centrale da sottili fessure che dividono il tubo in altrettante sottosezioni.
Il catodo del magnetron viene riscaldato e produce elettroni liberi che fluiscono naturalmente verso l'anodo. Tuttavia, vengono deviati a destra non appena viene applicato un campo magnetico perpendicolare al percorso del raggio. Gli elettroni inducono una corrente nelle pareti delle cavità che varia alternativamente con l'avvicinamento e il passaggio degli elettroni in modo tale da creare un'onda in ciascuna cavità. Questo interferisce con il fascio di elettroni per raggrupparli in bracci rotanti nello spazio di interazione. Questo scambio tra le cavità e il fascio di elettroni si stabilizza alla frequenza di risonanza delle cavità. L'onda prodotta viene utilizzata nei radar e nei forni a microonde.
Il klystron e il tubo a onde viaggianti sono altri usi delle cavità risonanti nel campo delle microonde.
Nel campo ottico, il laser utilizza una cavità ottica secondo lo stesso principio per amplificare una sorgente di luce coerente. Le caratteristiche geometriche di questo insieme richiedono che la radiazione emessa sia di elevata purezza spettrale, cioè coerente nel tempo. Il fascio luminoso emesso da una sorgente viene riflesso da specchi uno di fronte all'altro in un tubo a vuoto che amplifica l'onda.