Che cosa è la luce? 1

Che cosa è la luce? 1

CAMPO ELETTROMAGNETICO 2

Onde Che cosa è un onda? Un onda è una perturbazione di un mezzo, dove il mezzo può essere un campo (es: il campo gravitazionale) o di una sostanza materiale (es: un fluido). Le onde che si propagano in mezzi materiali sono dette onde meccaniche. Caratteristica fondamentale delle onde: Una perturbazione in un mezzo si propaga attraverso l onda MA è la perturbazione che si propaga, non le particelle a spostarsi. Questo è il motivo per cui le onde si propagano velocemente. 3

Onde ONDA LONGITUDINALE: Quando il mezzo che sostiene la perturbazione viene spostato parallelamente alla direzione di propagazione. ES: onde sismiche, onde sonore. ONDA TRASVERSALE: Quando il mezzo che sostiene la perturbazione viene spostato perpendicolarmente alla direzione di propagazione. ES: radiazione em, corda di chitarra 4

Onde Rappresentazione matematica delle onde Consideriamo il caso più semplice: l onda armonica che: cresce e decresce sinusoidalmente e indefinitivamente; è la forma d onda fondamentale perché tutte le onde possono essere scritte come una sovrapposizione di o.a. 5

Onde 6

Esercizio 1 Determinare le relazioni fra lunghezza d onda, periodo, frequenza e velocità. 7

Radiazione elettromagnetica 8

Spettro della radiazione em 9

Energia della radiazione em Energia, lunghezza d onda (l) e frequenza (n) sono legate dalla relazione: 10

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Spettro della radiazione em Parti diverse dello spettro elettromagnetico hanno proprietà molto diverse fra loro Onde i cui fotoni hanno energie dell'ordine dell'energia caratteristica degli elettroni negli atomi (radiazione infrarossa, visibile e ultravioletta) interagiscono fortemente con atomi e molecole Onde di grande lunghezza d'onda (onde radio) con fotoni di debole energia in generale interagiscono debolmente con la materia Onde altamente energetiche (raggi X o gamma) la cui lunghezza d'onda è paragonalbile alle dimensioni nucleari producono effetti profondi a livello nucleare 14

Regioni dello spettro em Onde Radio Queste onde vengono generate da apparecchi elettronici, in genere circuiti oscillanti, e vengono impiegate nelle trasmissioni televisive e radio. Le onde radio sono divise in bande di frequenze, a seconda dell'uso che ne viene fatto nei sistemi di telecomunicazione. Microonde Anche queste onde sono generate da apparecchiature elettroniche e vengono utilizzate ad esempio nei radar, nei sistemi di comunicazione via satellite, per riscaldare cibi (come nel forno a microonde). 15

Regioni dello spettro em Infrarosso Queste onde sono prodotte da molecole e corpi caldi. Con apparecchiature sensibili ai raggi infrarossi è possibile 'vedere' al bui persone e animali a sangue caldo. Le onde infrarosse sono usate parecchio nell'industria, in medicina, in astronomia... Luce visibile La luce visibile è una banda molto stretta di lunghezze d'onda (dal violetto al rosso) alle quali il nostro occhio è sensibile. La luce è prodotta da atomi e molecole come conseguenza di aggiustamenti interni degli elettroni. 16

Regioni dello spettro em Ultravioletto Le lunghezze d'onda diventano sempre più piccole, le frequenze sempre maggiori e i fotoni sempre più energetici. Queste onde sono prodotte da atomi e molecole sottoposti a scariche elettriche. Il Sole genera intensi raggi ultravioletti. Questi interagiscono con gli atomi degli strati alti dell'atmosfera che vengono così ionizzati: questa parte dell'atmosfera si chiama ionosfera. Tuttavia, una piccola percentuale di radiazione ultravioletta penetra fino alla superficie della Terra: è quella che ci dà la tintarella quando ci esponiamo al sole. La radiazione ultravioletta ionizza gli atomi e produce a livello di certi microorganismi delle reazioni chimiche tali da distruggerli. Per questo le radiazioni ultravioliette trovano applicazione in medicina e in certi processi di sterilizzazione. 17

Regioni dello spettro em Raggi X Questa parte dello spettro elettromagnetico fu scoperta nel 1895 dal fisico tedesco W. Roentgen mentre studiava i raggi catodici. I raggi X sono causati dagli elettroni più interni degli atomi. A causa della potenza dei fotoni, i raggi X producono effetti profondi negli atomi e molecole da loro attraversati. I raggi X sono usati in medicina: infatti il maggior assorbimento da parte delle ossa rispetto ai tessuti molli permette di radiografare, cioè 'vedere', le ossa. 18

Regioni dello spettro em Ma, come conseguenza dei processi chimici che inducono, i raggi X causano danni alle cellule dei tessuti. Poichè distruggono le cellule malate più efficacemente delle cellule sane, i raggi X sono usati in medicina nella cura di certi tipi di cancro. Va ricordato però che i raggi X, in qualunque quantità, distruggono comunque anche dei tessuti sani: una lunga esposizione a dosaggi elevati può provocare anche la morte. 19

Regioni dello spettro em Raggi gamma Queste onde elettromagnetiche estremamente energetiche sono di origine nucleare. L'energia dei fotoni è di livelli tali da produrre effetti a livello nucleare I raggi gamma sono quelli prodotti da sostanze radioattive. Se vengono assorbiti da organismi viventi possono provocare danni estremamente seri. Per questo la manipolazione di sostanze radioattive richiede sempre l'uso di apposite tute protettive. I raggi gamma sono presenti anche nella radiazione cosmica e per questo sono usati nella ricerca astronomica. 20

Regioni dello spettro em Lo spettro elettromagnetico è suddiviso in due principali categorie: radiazioni ionizzanti radiazioni non ionizzanti Le radiazioni ionizzanti, che hanno frequenza molto superiore a quella della radiazione visibile (frequenze superiori al milione di miliardi di Hertz), trasportano energia sufficiente ad estrarre un elettrone dall'orbita più esterna dell'atomo, tale fenomeno è detto di ionizzazione (ad esempio i raggi x usati nelle radiografie). Viceversa le radiazioni non ionizzanti, che appartengono alle bande di frequenza più bassa (luce compresa), trasportano una quantità di energia che non è in grado di indurre ionizzazione. Le radiocomunicazioni, e tra queste la telefonia radiomobile, interessano lo spettro di frequenze comprese nell'intervallo 100 KHz - 300 GHz, e appartengono, quindi, al gruppo delle radiazioni non ionizzanti. 21

Spettro em La luce è costituita da onde em La radiazione em che l occhio umano è in grado di percepire è detta luce. Con luce si intende la regione dello spettro em che va da 390 nm a 780 nm. La luce bianca è una miscela di tutti i colori dello spettro visibile 22