Coloriamo la luce - Istituto Maserati

Illuminati dalla
1^ SCB
Liceo Scientifico Biologico “A.Maserati” - Voghera
Rifletterò tutto il resto
della mia esistenza su ciò che è la
luce
A. Einstein
Storia della luce: dal mondo
greco ai giorni nostri
Teoria Corpuscolare e
teoria ondulatoria
La dispersione della luce
L’occhio e i colori
La composizione della luce:
Disco di Newton
Lo spettro di emissione:
saggio alla fiamma
Le stelle sono buchi nel cielo da cui
filtra la luce dell'infinito.
Confucio
Spettroscopia stellare
La luce è vita.
Il fatto che da quasi 3000 anni si usano luci di tipo artificiale,
dimostra quanto essa sia necessaria per la vita dell’uomo.
La storia dell’illuminazione ha radici molto antiche...
Storia della luce
Nel mondo greco si sono confrontati due
diversi modi di interpretare la luce :
a) Pitagora(V sec. a,C,) sosteneva che
la luce è una sorta di fluido emesso
dagli occhi, ai quali ritorna con le
immagini degli oggetti circostanti.
b) Democrito (460 a.C.) sosteneva
invece che l’immagine di un oggetto
fosse emessa continuamente
dall’oggetto stesso.
c) Erone d’Alessandria (I– sec. a.C.)
formulò il principio del minimo
cammino.
Storia della luce
ALHAZAN (scienziato arabo), osserva che la visione di un oggetto
molto luminoso persiste anche dopo aver chiuso gli occhi, rigettando
così la teoria pitagorica dei raggi visivi. Riconosce che la visione di un
oggetto è un processo fisiologico che avviene quando l’occhio viene
raggiunto da un raggio luminoso emesso da una sorgente e riflesso
dall’oggetto.
Storia della luce
Nel Rinascimento iniziò lo studio della prospettiva e la costruzione delle
lenti : in particolare l’ottica delle lenti venne studiata da Keplero. Risultò di
fondamentale importanza la costruzione da parte di Galileo Galilei
(1564-1642) del cannocchiale.
Storia della luce
Le leggi fondamentali della rifrazione dei
raggi luminosi furono determinate
sperimentalmente da SNELL e pubblicate
da Cartesio: la luce, costituita da
corpuscoli materiali, se proviene da un
mezzo meno denso ed entra in uno più
denso vede aumentare la componente
verticale della propria velocità; a tale
variazione della velocità corrisponde una
variazione del percorso. Queste leggi
furono spiegate da Fermat attraverso il
principio del minimo percorso il quale
afferma che un raggio di luce procede tra
due punti, seguendo la traiettoria che
viene percorsa in un tempo minimo.
Storia della luce
Newton studiò la rifrazione
attraverso un prisma triangolare,
giungendo alla conclusione che la
luce solare fosse in realtà una
miscela di raggi aventi diversa
rifrangibilità . Huygens mise a punto
un modello che attribuiva alla luce
una natura ondulatoria . L’unica
obiezione al modello ondulatorio era
legata alla necessità che gli impulsi
luminosi si trasmettessero
attraverso un flusso elastico, si
ipotizzò quindi l’esistenza di una
sostanza impercettibile detta
etere.
Storia della luce
In questo periodo YOUNG spiegò
l’ipotesi ondulatoria, che fu
completata da FRESNEL. In
seguito MAXWELL sviluppò la
teoria dei campi magnetici e
elettrici, nei quali le onde si
propagano anche nel vuoto con
una velocità uguale a quella della
luce senza ipotizzare l’esistenza
dell’etere. In questo periodo fu
inaugurata la distribuzione del
gas di carbone, che sostituì l’olio
per la luce artificiale, infine
PHILIPS fondò la sua fabbrica
di lampadine.
Storia della luce
Alla fine del XIX secolo la fisica classica
venne messa in discussione da diversi punti
di vista. Gli studi sulla velocità e sulla
natura della luce contribuirono a fondare la
fisica moderna. I primi studi sulla luce
risalgono a GALILEO il quale, però non
ottenne grandi risultati. Seguirono gli studi
di Ròmer nel 1600, quelli di FIZEAU nel
1800,che stabilì, grazie ad un esperimento,
l’esatta velocità della luce. Gli studi
seguenti furono eseguiti da Michelson tra
l’800 e il 900 Questi studi fornirono ad
ALBERT EINSTEIN i primi strumenti
necessari per la formulazione della “teoria
della relatività”.
Storia della luce
La luce elettrica inizia a
diffondersi in quanto non
comporta nessun rischio di
esplosione poiché si ottiene
semplicemente con un
interruttore . Diventa anche
elemento decorativo con la
nascita dell’ high tech e
dell’architettura
sperimentale,quindi
integrante per l’allestimento
della casa.
Storia della luce
La luce visibile, proveniente dal Sole, è una miscela di radiazioni di diverso
colore con lunghezza d’onda compresa tra 400 e 700 nanometri
(miliardesimi di metro). La distribuzione delle intensità luminose
corrisponde a quella della radiazione emessa da un corpo alla temperatura
superficiale di circa 6000 gradi centigradi (come il Sole). Questa radiazione
si propaga anche nel vuoto e in linea retta. Quando la luce giunge sulla
superficie di un corpo possono verificarsi due casi:
• viene assorbita (e si trasforma in energia termica)
• si riflette senza cambiare la propria lunghezza d’onda
Le sorgenti sono oggetti in grado di emettere radiazioni luminose. ( Sole,
Fiamme, lampadine accese, ...)
Lo spettro della luce visibile
Secondo questa teoria,la luce consiste in
un flusso di particelle microscopiche (i
corpuscoli) che vengono emesse a ritmo
continuo dalle sorgenti luminose. Esse si
muovono in linea retta, attraversano i
materiali trasparenti, rimbalzano come
piccole palline sulle superfici dei
materiali opachi e quando penetrano nel
nostro occhio stimolano il senso della
vista.
Teoria corpuscolare
CHE COS’ E’ UNA PARTICELLA?
E’ un corpuscolo che possiede una massa e
occupa una posizione nello spazio ben
definita; inoltre muovendosi percorre una
traiettoria con velocità che, in linea di
principio, può essere conosciuta istante
per istante. Se la particella urta un
ostacolo può rimbalzare con un certo
angolo di deviazione
o penetrare in
profondità o addirittura rompersi se
l’urto è abbastanza violento. Essa si
comporta come comunemente si comporta
una pallina.
ALCUNI FENOMENI LUMINOSI SPIEGATI
CON IL MODELLO CORPUSCOLARE
• PROPAGAZIONE RETTILINEA
• RIFLESSIONE
• RIFRAZIONE
• DISPERSIONE
Teoria corpuscolare
PROPAGAZIONE RETTILINEA
LE PARTICELLE DI LUCE SI
MUOVONO IN LINEA RETTA
COSI’ COME FANNO TUTTE LE
PARTICELLE MATERIALI IN
ASSENZA DI FORZE. ANCHE I
CORPUSCOLI DI LUCE
SEGUONO IL PRINCIPIO DI
INERZIA.
Teoria corpuscolare
RIFLESSIONE
NELL’URTO ELASTICO DI UNA PALLA
CONTRO UNA SUPERFICIE SOLIDA E
PIANA L’ANGOLO DI RIFLESSIONE E’
UGUALE ALL’ANGOLO DI INCIDENZA
Teoria corpuscolare
RIFRAZIONE
CONSIDERIAMO UNA PARTICELLA DI LUCE CHE PASSA DA UN
MEZZO MENO RIFRANGENTE AD UNO PIU RIFRANGENTE. PER
SPIEGARE LA DEVIAZIONE DEL RAGGIO SI SUPPONE CHE LA
PARTICELLA, QUANDO INCONTRA LA SUPERFICIE, SUBISCE
UNA FORZA PERPENDICOLARE AD ESSA CHE NE AUMENTA LA
VELOCITA’ E L’AVVICINA ALLA DIREZIONE DELLA FORZA.
Teoria corpuscolare
DISPERSIONE
LA LUCE BIANCA E’ UNA
MISCELA COSTITUITA DA
CORPUSCOLI DI SPECIE
DIVERSE, CIASCUNA DELLE
QUALI CORRISPONDE A UN
COLORE. QUANTO PIU E’
GRANDE LA MASSA DELLE
PARTICELLE, TANTO
MAGGIORE E’ LA FORZA
CHE LE FA DEVIARE
QUANDO ATTRAVERSANO
UN PRISMA
La teoria ondulatoria della luce è
una applicazione all'ottica della
teoria delle onde elastiche.
N= C/V
Teoria ondulatoria
SCIENZIATI E FISICI CHE STUDIARONO LA TEORIA
ONDULATORIA:
• James Clerk Maxwell
• Michelson e Morley
• Albert Einstein
Formulata da C. Huygens nel 1678 ma pubblicata solo nel
1690 nel Traite de Lumiere, la luce veniva vista come
un‘onda che si propagava (in maniera del tutto simile alle
onde del mare o a quelle acustiche) in un mezzo, chiamato
etere, che si supponeva pervadere tutto l'universo ed
essere formato da microscopiche particelle elastiche. La
teoria ondulatoria della luce permetteva di spiegare un
gran numero di fenomeni tra cui la riflessione e la
rifrazione. Nel 1801 Thomas Young dimostrò come i
fenomeni della diffrazione e dell'interferenza fossero
spiegabili dalla teoria ondulatoria e non dalla teoria
corpuscolare. Un problema della teoria ondulatoria era la C. Huygens 1629 - 1695
propagazione rettilinea della luce. Infatti era ben noto
che le onde sono capaci di aggirare gli ostacoli mentre è
esperienza comune che la luce si propaghi in linea retta.
Questa apparente incongruenza può però essere spiegata
assumendo che la luce abbia una lunghezza d’onda
microscopica.
Al contrario della teoria corpuscolare, quella ondulatoria
prevede che la luce si propaghi più lentamente all'interno
di un mezzo che nel vuoto.
Egli sostenne che la luce è un’onda
di natura elettromagnetica in
quanto:
• Viaggia con la stessa velocità delle
onde elettromagnetiche
• Come le onde elettromagnetiche, è
un’onda trasversale e non
longitudinale come invece riteneva
Huygens
All’inizio del ’900, Albert Einstein,
per poter interpretare l’effetto
fotoelettrico, riprese nuovamente
l’aspetto corpuscolare delle
radiazioni. A prima vista l’ipotesi
sembrava contraddittoria, difatti:
alcune volte la luce si comportava
come un insieme di corpuscoli
chiamati fotoni, altre volte mostrava proprietà ondulatorie. Oggi i
due modelli coesistono spiegando
aspetti diversi della luce.
Teoria ondulatoria
CHE COS’E’ UN’ ONDA?
Un’onda è una perturbazione dovuta
al trasferimento di energia da una
particella (sorgente) che oscilla alle
particelle vicine. I suoi parametri
caratteristici sono:
• lunghezza d’onda λ
• periodo T
• frequenza f = 1/T
• velocità di propagazione v = λ/T
• ampiezza e fase
Le onde possono essere longitudinali o
trasversali
Teoria ondulatoria
CHE COS’E’ UN’ ONDA ELETTROMAGNETICA?
Un’onda elettromagnetica (e.m.) è dovuta alla formazione di campi
elettrici e magneti che si sovrappongono nello spazio. Essi
trasferiscono l’uno all’altro la propria energia propagandosi a
distanze crescenti dalla sorgente. Sono delle onde trasversali.
La luce è un’onda e.m. che si propaga nel vuoto con velocità altissima
( 300.000 km/s)
Teoria ondulatoria
CHE COSA SOSTIENE LA TEORIA ONDULATORIA?
Sostiene che la luce è un’onda. Essa consiste quindi in un trasferimento di
energia e non di materia; le sue proprietà sono simili a quelle delle onde
elastiche, come per esempio le onde che si propagano nell’acqua o le onde
sonore. La luce presenta fenomeni di riflessione e rifrazione che seguono
leggi simili a quelle dell’ottica geometrica. Però, a differenza di due
particelle, due onde possono sovrapporsi provocando fenomeni di
interferenza.
INTERPRETAZIONI FORNITE DALLA
TEORIA ONDULATORIA DI ALCUNI
FENOMENI LUMINOSI:
•
•
•
•
PROPAGAZIONE RETTILINEA
RIFLESSIONE
RIFRAZIONE
DISPERSIONE
Teoria ondulatoria
PROPAGAZIONE RETTILINEA
Le onde circolari prodotte sulla superficie dell’acqua si propagano in
direzione radiale. Ogni piccolo “pezzo” di onda si allontana dalla sorgente
in linea retta.
Teoria ondulatoria
RIFLESSIONE
Un’onda, prodotta sulla superficie dell’
acqua immergendo e sollevando il bordo
di una riga, urta contro una barriera.
L’angolo tra la normale e la direzione di
allontanamento sono uguali.
Teoria ondulatoria
RIFRAZIONE
Non appena un fronte d’onda giunge sulla
linea di separazione tra le due zone, la
parte che attraversa il confine viaggia più
lenta dell’altra e resta indietro. Il fronte
d’onda si piega e man mano che avanza
tende a disporsi lungo una direzione più
parallela rispetto alla linea di separazione.
Il moto ondulatorio prevede quindi che,
passando da un mezzo meno rinfrangente a
uno più rinfrangente, la velocità della luce
diminuisca.
Teoria ondulatoria
DISPERSIONE
Supponendo che la velocità di propagazione dipenda dalla lunghezza
d’onda, onde di diversa lunghezza d’onda prodotte sulla superficie dell’
acqua si piegano in modo diverso quando entrano in una zona dove si
propagano lentamente. Per il modello ondulatorio ciascun colore dello
spettro corrisponde a una particolare lunghezza d’onda. Pertanto, la luce
bianca è una miscela di onde di diversa lunghezza d’onda.
Un esempio di dispersione è il
fenomeno dell’arcobaleno: I
raggi solari, che attraversano la
goccia di pioggia. Da ogni
goccia esce un solo raggio con
un
angolo
caratteristico,
corrispondente
ad
un
determinato colore. I raggi
provenienti dal Sole incidono
sulla goccia d'acqua come un
fascio di raggi paralleli, ma con
angoli differenti in quanto la
superficie è sferica, pertanto
anche
la
deviazione
è
differente; motivo per cui
l’arcobaleno ha la forma di
semicerchio.
In
particolari
condizioni
atmosferiche,
è
possibile
osservare
due
arcobaleni vicini di diversa
intensità luminosa.
Lo spettro elettromagnetico
comprende l'intera gamma delle
lunghezze d'onda esistenti in natura,
dalle onde lunghissime, alle onde
cortissime dotate di straordinaria
energia. Fenomeni fisici
apparentemente diversissimi, come le
onde radio che trasportano suoni e
voci nell'etere e i raggi X che
impressionano le lastre
radiografiche, appartengono in realtà
alla medesima dimensione, quella
delle onde elettromagnetiche.
All'interno dello spettro elettromagnetico, solo una piccolissima porzione
appartiene al cosiddetto spettro visibile, cioè all'insieme delle lunghezze
d'onda a cui l'occhio umano è sensibile e che sono alla base della percezione
dei colori. Le differenze individuali possono far variare leggermente
l'ampiezza dello spettro visibile. In linea di massima, comunque, esso si situa
tra i 380 e i 780 nanometri: alla lunghezza d'onda minore corrisponde la
gamma cromatica del blu-violetto, alla lunghezza d'onda maggiore corrisponde
invece la gamma dei rossi.
• La luce (segnale elettromagnetico) è uno stimolo che
produce una risposta da
parte dei fotorecettori retinici
(coni e bastoncelli) presenti
nella retina dell'occhio, dove
si
verificano
i
processi
fotochimici ed elettrici che
realizzano una prima codifica
dell’informazione visiva (si
può dire che lo stimolo viene
misurato).
L'occhio e i colori
• Successivamente
l'informazione
viene
trasformata in segnale
nervoso (elettrico) che
viene
trasmesso
al
cervello
attraverso
il
nervo ottico. Il cervello
lo interpreta e crea la
risposta sensoriale, cioè
la percezione visiva, in
particolare
quella
di
colore.
L'occhio e i colori
•
La retina è una sottile
(mezzo millimetro)
membrana nervosa che
riveste internamente il
globo oculare. In questo
spessore sono ordinati
tre tipi di cellule:
• i fotorecettori,
1. bastoncelli
2. coni
• le cellule mediane (le
più importanti sono le
bipolari)
• le cellule gangliari
L'occhio e i colori
• I coni richiedono un livello di
illuminazione abbastanza
alto (consentono la visione
solo alla luce del giorno).
Sono di tre tipi e ogni tipo
risponde diversamente alle
lunghezze d’onda. Il fatto
che ci siano tre tipi di coni è
all’origine del meccanismo
della visione a colori.
• Per la loro capacità di
assorbire la luce i tre tipi di
coni sono chiamati
impropriamente "rossi",
"verdi" e "blu" (anche se
questi non sarebbero i loro
colori, se potessimo vederli).
L'occhio e i colori
La visione del colore rappresenta un fenomeno complesso per il quale
intervengono due principali fattori:
fattori
•radiazione luminosa :
Le onde elettromagnetiche, rappresentano un particolare intervallo di frequenze,
che inducono la senzazione dei colori nel nostro cervello. Se un fascio di luce
attraversa un prisma o passa attraverso le goccie della pioggia, si verifica una
scomposizione del fascio di luce e cosi’ osseviamo l’arcobaleno; tale fenomeno si
chiama “diffrazione della luce”
•relazioni occhio/cervello:
La percezione visiva dipende dalla capacità di formare e memorizzare immagini
cerebrali, tramite le informazioni ricevute dal bulbo oculare, quest’ultimo ha la
funzione di interagire con le onde elettromagnetiche dello spettro visibile, tramite
le cellule nervose della retina
L'occhio e i colori
• I colori si suddividono in
primari e secondari.
• I colori primari sono quelli
al centro, che definiscono
il modello
• I colori secondari sono i
tre colori che sono
ugualmente distanti dai
colori primari.
• I colori terziari sono i
colori tra ogni primario e
secondario.
L'occhio e i colori
Tre fasci di luce nei colori
primari (blu, verde, rosso),
sovrapponendosi due a due
formano i colori
complementari :
giallo, magenta, ciano;
dove si sovrappongono tutti
e tre, danno origine al
bianco.
L'occhio e i colori
•
L’apparato visivo umano
risponde, tra tutte le radiazioni
elettromagnetiche, solo a
quelle di lunghezza d’onda
compresa tra 400 e 700 nm
circa (questi limiti variano da
persona a persona). L’occhio
umano (medio) non percepisce
le radiazioni la cui lunghezza
d'onda è inferiore a (circa) 380
nm (ultravioletto) né quelle la
cui lunghezza d'onda è
superiore a (circa) 780 nm
(infrarosso).
L'occhio e i colori
La sensibilità dell'apparato visivo alla radiazioni non è la
stessa per tutte le loro lunghezza d'onda. L'occhio umano
risponde alle sollecitazioni provocate dalle radiazioni le
cui lunghezze sono comprese in un intervallo ristretto e
che descresce man mano che ci si porta ai bordi di questo
L'occhio e i colori
intervallo
La composizione della luce.
Il disco di Newton
Lo strumento aveva il compito di dimostrare che la luce bianca
proveniente dal Sole è formata dalla fusione dei colori che costituiscono
lo spettro della luce visibile, colori che si possono ottenere per mezzo di
un prisma. Ciò è quanto aveva dimostrato Isaac Newton (1642 - 1727) nel
1666 con degli esperimenti sulla scomposizione e sulla ricomposizione
della luce solare, da cui il nome del dispositivo.
Ruotando in modo sufficientemente veloce il disco,
esso diventa bianco, pur essendo formato da settori
diversamente colorati. Quando si fissa una sorgente
luminosa, l'immagine impressa sulla retina (parte
sensibile alla luce dell'occhio) vi permane per un po'
di tempo anche dopo che si è distolto lo sguardo dalla
sorgente. Il fenomeno è detto persistenza
dell'immagine retinica.
Ogni colore impressiona la
retina e lo stimolo permane
anche dopo che il colore che
l’ha prodotto viene sostituito
da un altro colore. Il
risultato è la fusione di tutti
i colori del disco a livello della
retina e di conseguenza il
cervello interpreta le
informazioni ricevute come
quelle prodotte dal "colore"
somma di tutti quelli che
formano la luce del sole e
perciò il disco appare bianco,
anche se ovviamente non lo è.
Il cinema sfrutta il
fenomeno della persistenza
della immagine retinica .
Il fenomeno della dispersione
della luce attraverso un prisma è
alla base dello studio delle
radiazioni emesse dalle sorgenti
per individuarne la composizione
chimica. La loro composizione
può essere accertata per mezzo
dell’ analisi spettrale, cioè dello
studio dell’insieme delle
radiazioni emesse da una
sostanza, definito spettro di
emissione. Gli strumenti mediante
i quali si esegue l’analisi spettrale
si chiamano spettroscopi:
spettroscopi il tipo
classico è il cosiddetto
spettroscopio di Kirchoff-Bunsen,
mostrato in figura.
Lo spettro mostra varie tonalità di colori che variano a
seconda delle sostanze contenute nel fascio luminoso
analizzato . Gli spettri si possono suddividere in: spettri
continui, costituiti da tutte le lunghezze d’onda che vanno
dal rosso al violetto (spettro visibile) ; spettri a righe
formati da una successione di righe luminose distribuite su
un fondo scuro. Tali righe appaiono in corrispondenza di
determinate lunghezze d’onda, caratteristiche di ciascun
elemento chimico.
La spiegazione della formazione di uno spettro risiede
nella costituzione atomica di ciascun elemento .
L’atomo, infatti, presenta una configurazione
elettronica caratteristica, nel senso che gli elettroni
occupano orbite stabilite (fig.1)
Fig. 1
Se si fornisce energia sufficiente all’atomo, questa
viene assorbita dall’elettrone che va ad occupare
un’orbita più esterna, corrispondente ad un’energia
maggiore: l’atomo è eccitato (fig.2)
Fig. 2
Dato che tale stato non è stabile, gli elettroni ritornano in
quella che è la loro configurazione normale, definita stato
fondamentale, rimettendo l’energia assorbita sotto forma
di radiazione (fig.3).
Fig.3
Il salto da un’orbitale all’altro comporta l’emissione di radiazione di una
ben determinata frequenza e, di conseguenza, tale radiazione è collocabile
in una zona precisa dello spettro delle onde elettromagnetiche.
Così ciascun elemento chimico emette radiazioni di una ben
determinata frequenza, che lo caratterizzano
Per esempio il sodio riscaldato emette luce gialla di lunghezza d’onda 589
nm. La prova di laboratorio consente di riconoscere alcuni elementi dal
colore della radiazione che, una volta riscaldati, sono in grado di emettere.
Saggio alla fiamma:
prova di laboratorio
Si
Si prende un filo di nichelnichel-cromo (Ni(Ni-Cr) e si provvede alla sua pulizia
inumidendolo con l'acido e portandolo nella fiamma ossidante ( zona di
fusione ) di un bunsen.
bunsen. Tale operazione è completata quando la fiamma
appare incolore.
incolore.
Si
Si inumidisce nuovamente il filo al NiNi-Cr con l'acido,
l'acido, si raccolgono sulla
punta alcuni cristalli del primo sale in analisi e si osservano il colore ed i
caratteri della fiamma.
fiamma.
L'acido
L'acido cloridrico ha la funzione di permettere l'adesione al filo dei
cristalli del sale e di trasformare lo stesso,
stesso, qualora già
già non lo fosse, in un
cloruro,
cloruro, sale particolarmente volatile. I sali così
così trattati,
trattati, ricevendo energia
termica dalla fiamma,
fiamma, emettono una radiazione,
radiazione, caratteristica per ogni
catione,
catione, che viene percepita dall'occhio umano come luce colorata.
colorata.
La radiazione emessa può essere,
essere, ovviamente,
ovviamente, scomposta da uno
spettroscopio nelle righe spettrali in modo da permettere un sicuro
riconoscimento del catione.
catione.
Si ripete l'esperienza con tutti i sali disponibili, avendo cura di
sostituire il filo al Ni-Cr ogni volta, o di pulirlo accuratamente.
E' opportuno annotare, per ogni catione, la colorazione ed i caratteri
della fiamma.
I colori dei principali cationi sono:
Litio: rosso cardinale
Stronzio:
sprazzi
rosso
rosso Sodio:
giallo
Potassio: violetto
intenso
a
Rame:
verde- Piombo:
grigioBario: verde pisello
azzurro elettrico
azzurro pallido
Il sodio ha una
colorazione gialla
Calcio:
mattone
Il rame ha una
colorazione verde
azzurro
Altre immagini sul saggio alla
fiamma
Bario
Litio
Cobalto
Calcio
Potassio
Stronzio
Rame
Per analizzare la composizione
chimica delle stelle si può
ricorrere anche ai colori.
L’analisi
della
composizione
chimica
delle stelle si effettua
utilizzando il loro spettro
di
assorbimento.
Quest’ultimo si ottiene
quando una radiazione
bianca, emessa da una
sorgente molto calda,
passa attraverso un gas
avente
temperatura
minore prima di giungere
allo spettroscopio, lo
strumento che permette
la separazione delle
radiazioni a differente
lunghezza d’onda.
spettroscopio
Lo studio degli spettri stellari fu poi utilizzato per
distinguere le stelle in classi spettrali : le stelle
della stessa classe hanno spettri simili e quindi
analoga composizione chimica. In base alla
classificazione di Harvard,sono state individuate
sette classi,indicate con le lettere O B A F G K M.
Tipo 0 : stelle azzurro-bianche molto luminose e massicce, con
temperature tra i 40.000 e i 20.000°C. Vi compaiono con
evidenza le righe spettrali dell’elio e di altri atomi più volte
ionizzati, cioè privi di vari elettroni.
Tipo G:
G è la classe dove si colloca il Sole. La temperatura va da
6.000 a 4.800°C. Nello spettro tendono a diminuire le righe di
Balmer dell’idrogeno. Scomparse le righe dell’elio, vengono in
evidenza quelle dei metalli.
Tipo M:
M la temperatura di queste stelle è inferiore a 3.000°C,
che comporta un colore rosso più o meno cupo. Nello spettro
compaiono molto intense le righe di un composto molecolare,
l’ossido di titanio. Antares e Betelgeuse sono stelle di classe M.
Le stelle producono energia, che possiamo apprezzare
attraverso la misura della loro luminosità. Si definisce
luminosità assoluta o intrinseca (L) la quantità di energia
emessa nell’unità di tempo(erg/secondo), ma la
misurazione diretta di tale grandezza è impossibile, in
quanto le stelle non sono tutte equidistanti da noi, e dalla
Terra una stella può sembrare più luminosa di un’altra
semplicemente perché è più vicina. La luminosità relativa o
apparente (l) è appunto la luce, apprezzabile dalla Terra,
dipendente dalla luminosità intrinseca e dalla distanza.
La temperatura superficiale e la
magnitudine assoluta sono poste
in relazione tra loro nel
diagramma H-R. In basso a
sinistra abbiamo stelle poco
luminose e di temperature
elevate, in mezzo abbiamo la
sequenza principale e in alto a
destra ci sono stelle molto
luminose e di bassa temperatura.
Russel osservò che le stelle
esaminate non erano distribuite
casualmente. La maggior parte
delle stelle si concentra infatti in
una fascia detta sequenza
principale.
Nel 1842 Christian Doppler presentò all’accademia
delle Scienze una teoria per spiegare il colore delle
stelle basandosi sull’osservazione del loro spettro.
Questo principio si rivelò poi esatto e molto
importante per lo studio dell’universo. Quello che
chiamiamo effetto doppler consente di spiegare la
relazione tra la frequenza di una radiazione
elettromagnetica emessa da una sorgente (ad
esempio una stella) e il movimento relativo
sorgente/osservatore.
Le
righe dello spettro di
emissione di una stella
subiscono uno spostamento
verso le lunghezze d’onda più
corte (cioè il blue shift) se la
stella si sta avvicinando
all’osservatore
(a),
uno
spostamento
verso
le
lunghezze d’onda maggiori
(cioè il red shift) se essa se ne
sta
allontanando
(c).
Dall’entità di questo si può
risalire alla velocità radiale
della stella.
LUCE & COLORI
Studenti che hanno realizzato la
presentazione:
Casarini Fabio (idiota)
La presentazione è stata realizzata dalla classe 1SCB (Liceo
scientifico biologico) dell’I.I.S. “A. Maserati” di Voghera
nell’ambito di un progetto di flessibilità che ha coinvolto le
discipline tecniche (Laboratorio di Fisica-Chimica e Scienza
della Terra) .
Massa Giacomo (idiota)
Ortolano Erika
Pincetti Eros
Soldini Letizia
Strada Riccardo
Insegnanti
Patrizia Parrinello
Stefano Granata
MariaLuisa Castoldi
Ist. Istruz. Sup. “A. Maserati”
Voghera
Tel. 038343644
www.istitutomaserati.it
A.S. 2006-2007
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