Fisica classica/Spettro delle onde elettromagnetiche: differenze tra le versioni
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[[Immagine:TheElectromagneticSpectrum.jpg|thumb|centre|800px|Spettro elettromagnetico]]
Lo spettro delle onde elettromagnetiche, o semplicemente spettro, è l'intervallo di tutte le
dalle più brevi ed energetiche, i [[w:raggi gamma|raggi gamma]], alle più lunghe
Secondo la descrizione quantistica della radiazione, ad un'onda elettromagnetica è associata un valore preciso di energia, il quale dipende dalla frequenza di oscillazione dell'onda, secondo la nota relazione di Planck, <math>E=hν</math>, dove h è la costante di Planck.
[[w:Universo#Dimensioni_dell.27Universo_e_dell.27universo_osservabile|dimensioni dell'Universo]], cioè non possono esistere
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=== Onde Radio ===
Le frequenze inferiori a 3 GHz vengono chiamate genericamente onde radio.
Sono le frequenze generalmente utilizzate nelle telecomunicazioni di tecnologia più datata, come la radiofonia, le televisioni, la telefonia mobile e le comunicazioni senza fili.
Le onde VHF e UHF si propagano praticamente senza assorbimento nell'atmosfera. Le frequenze HF invece sono riflesse dalla [[w:Ionosfera|ionosfera]] e per questo sono utilizzate dai radioamatori per le comunicazioni su grandi distanza.
Le onde radio sono generate e captate da [[w:Antenna|antenne]] la cui dimensione è dello stesso ordine di grandezza
Il contenuto di informazione trasportabile da una onda elettromagnetica è tanto maggiore quanto maggiore è la frequenza di oscillazione dell'onda
conosciuti all'inizio del XX secolo. Via via che cresce la frequenza la complessità dei dispositivi elettronici cresce.
=== Microonde===
Anche se ufficialmente le microonde sono al di sopra dei 3 GHz, nel linguaggio comune frequenze superiori
Molte molecole atmosferiche, oltre all'acqua, possiedono frequenze di risonanza nello spettro delle microonde: la propagazione delle microonde nell'atmosfera è quindi fortemente influenzata da tale fattore. Per questo gli enti che sfruttano le microonde per le telecomunicazioni civili, devono solitamente sciegliere opportune frequenze dello spettro, dette "finestre", in modo che il segnale trasmesso non venga assorbito dall'atmosfera.
La [[w:Microonde#Produzione|generazione di microonde]]
▲I forni a microonde sono usati per scaldare materiale organico: tutto il materiale biologico ha un elevato contenuto di acqua. Le microonde hanno trovato come primo uso il campo militare, infatti il [[w:Radar|Radar]] è stata la prima grossa applicazione delle microonde. Non è un caso caso il primo forno a microonde sia stato fabbricato nel 1947 dalla Raytheon una delle principali ditte che produce Radar.
▲La [[w:Microonde#Produzione|generazione di microonde]] inizialmente è stata inizialmente fatta solo con [[Valvola_termoionica|tubi a vuoto]], che tuttora fatte molto usate in applicazioni di potenza,
▲esempi di tali generatori sono i [[w:magnetron|magnetron]] ed i [[w:Klystron|klystron]]. Attualmente
per applicazioni di bassa potenza esistono vari tipi di dispositivi a stato solido.
=== Infrarosso ===
L'infrarosso trae il suo nome dal fatto che rappresenta le frequenze di valore minore a quella del rosso (ma superiore alle microonde). In realtà l'intervallo comprende radiazioni che hanno un comportamento molto differente. La parte vicina allo spettro visibile detta NIR (near infrared) ha un comportamento simile alla luce, mentre la parte bassa FIR (far infrared) ha un comportamento simile alle microonde.
Mentre le microonde possono nella parte bassa dello spettro essere ancora
L'energia trasportata dalle radiazioni infrarosse è in grado di eccitare gli stati vibrazionali della materia. Poichè questi sono particolarmente rilevanti nella materia allo stato solido, la maggior parte della radiazione infrarossa passa inalterata attraverso l'atmosfera, e soltanto una piccola parte di essa è assorbita dalle molecole atmosferiche. L'effetto serra è un caso particolare in cui la radiazione infrarossa emanata dagli oggetti al suolo, riscaldati dal sole, non riesce a sfuggire nello spazio perchè vi è una concentrazione troppo elevata di determinate molecole in atmosfera, in particolare l'anidride carbonica.
La sorgente più semplice e naturale di infrarossi sono i corpi caldi, infatti tutti i corpi emettono naturalmente onde elettromagnetiche con un spettro caratteristico che dipende essenzialmente
:<math>\lambda \approx \frac {2.9\cdot 10^{-3}}T\ </math>
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La generazione di infrarossi nella regione NIR a spettro molto stretto viene fatta mediante dispositivi a stato solido
quali i [[w:LED|LED]] ed i [[w:Laser|Laser]]
Secondo le conoscenze attuali non si conoscono effetti dannosi sul corpo umano delle radiazioni infrarossa (come anche di ogni altra frequenza inferiore). L'unico effetto noto è l'assorbimento di tali radiazioni da parte di tessuti che si scaldano.▼
Il fenomeno può avere effetti negativi per particolari organi come l'occhio: la cornea oculare è infatti un tessuto dotato di scarsissima irrorazione sanguigna. Pertanto non è in grado di dissipare efficacemente il calore che può essere trasmesso da una radiazione infrarossa ad elevata potenza come quella di un laser. L'esposizione frequente a sorgenti IR ad elevata potenza è infatti spesso correlata all'insorgenza di cataratta.
=== Luce visibile ===▼
▲Secondo le conoscenze attuali non si conoscono effetti dannosi sul corpo umano delle radiazioni infrarossa (come anche di ogni altra frequenza inferiore). L'unico effetto noto è l'assorbimento di tali radiazioni da tessuti che si scaldano.
La regione visibile dello spettro elettromagnetico è l'unico intervallo di frequenze per cui l'occhio umano è sensibile. A radiazioni visibili di diversa lunghezza d'onda (e quindi frequenza) corrispondono tutti i diversi colori dell'arcobaleno.
▲=== Luce ===
La luce visibile è in grado di eccitare gli stati energetici elettronici. Se un oggetto è colorato ciò è dovuto essenzialmente al fatto che gli atomi o le molecole della superficie dell'oggetto possono assorbire una parte (certe lunghezze d'onda) della luce che li investe portando gli elettroni a livelli energetici più alti. Il colore specifico che l'oggetto assume dipende dal materiale superficiale ed è determinato dalle regole di addizione e sottrazione dei colori: è infatti la luce non assorbita che, rimbalzando sull'oggetto, arriva all'occhio umano che in seguito decodifica e assegna il colore all'oggetto.
▲Un breve intervallo di frequenze per cui l'occhio umano è sensibile. Vi è una quasi perfetta coincidenza tra la sensibilità dell'occhio umano e la radiazione emessa dal sole. Infatti la radiazione di corpo nero del sole è quella di un corpo alla temperatura di 5700 K, e tale temperatura ha un picco ad una lunghezza d'onda di 550 nm (il colore blu-verde dello spettro visibile). L'occhio umano ha la massima sensibilità a tale lunghezza d'onda e tale sensibilità diminuisce rapidamente sia per lunghezze d'onda più corte (violetto), sia per quelle più lunghe (rosso). Si chiamano
=== Ultravioletto===
Nella parte successiva dello spettro vengono gli Ultravioletti indicati con l'acronimo UV.
Le frequenze al di sopra del visibile manifestano molto chiaramente il carattere quantistico della radiazione elettromagnetica.
ionizzare parzialmente gli atomi. Gli effetti dannosi sul corpo umano di tali radiazioni sono ben note in quanto tali radiazioni non solo provocano bruciature, ma possono causare danni irreparabili ai tessuti del corpo umano. Il sole emette, principalmente luce visibile, ma anche una certa quantità di UV. Gli UV rappresentano una percentuale minima della radiazione totale emessa dal sole
Una parte della radiazione ultravioletta è essenziale in alcuni processi biologici, quale la produzione di Vitamina D. Inoltre viene utilizzata con successo in alcune terapie antibatteriche
Il coefficiente di assorbimento degli UV è molto grande per quasi tutti i materiali, ad esempio il vetro di buona qualità che è molto trasparente nel visibile negli UV è estremamente assorbente: lo spessore del parabrezza di una autovettura è sufficiente ad eliminare praticamente tutta la radiazione UV del sole. Solo il quarzo ha un coefficiente di assorbimento più piccolo per la parte dello spettro UV a più bassa frequenza. A lunghezze d'onda inferiori a 200 nm il quarzo, ma anche l'aria ( a causa dell'ossigeno presente) assorbe fortemente gli UV.
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