Fisica classica/Spettro delle onde elettromagnetiche: differenze tra le versioni
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
Riga 86:
Infrarossi come la luce visibile possono essere prodotti ed assorbiti da fenomeni più squisitamente
legati alla quantizzazione dei livelli energetici degli atomi. In genere tali fenomeni sono più caratteristici della parte dello spettro a più alta frequenza fino ai raggi X: ma alle frequenze degli infrarossi si hanno i primi salti energetici.
Una particolarità degli infrarossi è che alcune sostanze che nel visibile appaiono scure come il [[w:Silicio|silicio]] o il [[w:Germanio|germanio]] sono per gran parte della banda infrarossa assolutamente trasparenti. Il coefficente di assorbimento di tali materiali, [[w:Semiconduttore|semiconduttori]], varia di molti ordini di grandezza in un piccolissimo intervallo di frequenze che cade nella parte alta degli infrarossi, il cosiddetto vicino infrarosso (NIR).
Per dare una idea 7 mm di Silicio dimezzano l'ampiezza di infrarossi di 1030 nm, per evere lo stesso effetto con
onde di 826 nm sono sufficienti 1400 nm di Silicio, mentre a 620 nm sono sufficienti appena 70nm di Silicio.
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]] a stato
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.
Quindi una potenza per unità di superficie troppo elevata è dannosa in quanto scalda la parte investita.
=== Luce ===
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
infatti ultravioletto ed infrarosso le bande al di fuori dell'intervallo del visibile.
I salti energetici degli elettroni più esterni degli atomi sono associati a tali frequenze. La luce tra le onde elettromagnetiche è la parte dello spettro più nota, applicata e studiata. A tale parte dello spettro è dedicata tradizionalmente una grossa parte della fisica classica.
=== 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. Infatti a partire dalle frequenze ultraviolette appare più chiaro il carattere quantizzato della radiazione stessa. Si parla spesso in questo caso di fotoni la cui energia è sufficiente a spezzare legami molecolari e
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, purtuttavia se non avessimo lo schermo naturale dell'atmosfera e dei gas tipo l'ozono, la quantità di radiazione che arriverebbe non sarebbe compatibile con la vita umana.
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 come nella sterilizzazione.
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 raautovett 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.
Gli UV sono utilizzati molto nella microlettronica, proprio a causa della lunghezza d'onda estremamente piccola, ma trovano applicazioni anche in alcune tecniche diagnostiche.
Gli UV nella parte bassa dello spettro (400-300 nm) sono prodotti mediante scariche in gas a bassa pressione in tubi di quarzo. Nella parte più alta dello spettro con tecniche simili ai raggi X.
=== Raggi X===
I raggi X sono stati scoperti solo alla fine del XIX secolo (differentemente dagli ultravioletti noti da un secolo prima).
La ragione è che la loro produzione non è semplice. Infatti vengono principalmente prodotti bombardando dei bersagli metallici con elettroni di alta energia e quindi che viaggiano in un vuoto spinto. I raggi X prodotti dipendono sia dall'energia degli elettroni incidenti ha una componente continua di intensità tanto maggiore quanto maggiore è il numero atomico, ma anche delle righe caratteristiche. La componente continua è dovuta alla radiazione di decelerazione degli elettroni. La componente discreta è dovuta al fatto che nell'urto vengono strappati gli elettroni più profondi del bersaglio e nel ristabilirsi della condizione di equilibrio, transizione degli elettroni esterni nei livelli profondi liberati, vengono emessi raggi X con la frequenza corrispondente alla differenza di energia tra i due livelli. Quindi se usiamo Ferro riusciamo a produrre righe di raggi X tra 0.17 nm e 0.19 nm (4 righe), mentre se usiamo Molibdeno
avremo raggi X tra 0.063 nm e 0.071 nm.
Attualmente mediante radiazione di sicrotone si riescono a produrre con notevole intensità e controllabilità sia raggi X che radiazione UV.
L'utilizzazione più importanti dei Raggi X, fin dalla loro scoperta, sono state in radiografia e cristallografia. In radiografia si sfrutta l'assorbimento diverso dei vari tessuti profondi del corpo umano. In cristallografia si sfrutta il fatto che i raggi X hanno una lungehzza d'onda paragonabile alla distanza tra gli atomi di un reticolo cristallino, e quindi l'immagine di diffrazione permette di conoscere la struttura atomica dei solidi.
Il corpo umano è abbastanza trasparente ai raggi X, purtuttavia nell'attraversare il corpo umano ionizzano gli atomi presenti danneggiando in maniera irreversibile anche i tessuti profondi. Sono quindi classificati tra le radiazioni ionizzanti dannose all'organismo. Il danno provocato dai raggi X è peggiore di quello degli UV in quanto agisce a maggiore profondità e i raggi X hanno una energia per fotone maggiore. Schermi metallici spessi sono una buona protezione pe radiazioni di tale tipo.
=== Raggi gamma===
I raggi gamma rappresentano le lunghezze d'onda più brevi dello spettro delle onde elettromagnetiche. I raggi gamma sono prodotti da reazioni che avvengono all'interno del nucleo atomico. Vi è una parziale sovrapposizione tra raggi gamma e raggi X: in quanto i livelli energetici degli elettroni di atomi di garnde numero atomico possonoe eccedere l'energie atomiche. Il potere penetrante dei raggi gamma è in genere molto maggiore di quello dei raggi X. Per questo per la protezione di tali radiazione si usano materiali ad alto peso atomico (tipo il piombo), tanto per dare una idea se 1 cm
di Piombo dimezza i raggi gamma è necessario uno spessore di 6 cm di cemento per produrre lo stesso effetto.
I raggi gamma vengono prodotti nel decadimento di isotopi radiattivi, non esistono altri metodi sulla terra per produrre tali radiazioni. Gli effetti sulla materia vivente dei raggi gamma sono molto peggiori dei raggi X a parità di intensità
a causa della maggiore energia dei fotoni. Infatti la perdita di energia dei raggi gamma può avvenire in maniera più distruttiva per i tessuti che la semplice ionizzazione. Possono prodursi isotopi radiattivi, coppie di particelle ed elettroni secondari energetici mediante effetto Compton.
[[Categoria:Fisica classica|Spettro delle onde elettromagnetiche]]
| |||