spettro elettromagnetico

Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Lo spettro elettromagnetico è proprio
un nome che gli scienziati danno ad un
insieme di radiazioni
elettromagnetiche quando quando essi
sento la necessità di parlrne com un
gruppo.
Spettro elettromagnetico
Si dice spettro di una sorgente di
radiazione l'insieme delle radiazioni
che la sorgente stessa emette.
Cosa è un’onda elettromagnetica?
Un’onda elettromagnetica è l’effetto di
una vibrazione di un campo elettrico e di
un campo magnetico i ed elettrici che si
propagano nello spazio tutte con la
stessa velocità.
La velocità, c, che coincide con quella
della luce vale:
c = 299 792 458 m s-1
Come si produce un’onda
elettromagnetica?
Un’onda elettromagnetica si produce
facendo oscillare o accelerare una carica
elettrica.
-
Per il fenomeno dell’induzione
elettromagnetica, la variazione di
un campo elettrico nel tempo
produce un campo magnetico, a sua
volta variabile nel tempo.
Come si produce un’onda
elettromagnetica?
Il campo elettrico, E, ed il campo
magnetico, B, sono perpendicolari tra di
loro.
-

E

B
Onda elettromagnetica
Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha
la seguente forma:
Caratteristica di un’onda
elettromagnetica
Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha
la seguente forma:
Caratteristica di un’onda
elettromagnetica
Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha
la seguente forma:
Caratteristica di un’onda
elettromagnetica
Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha
la seguente forma:
T
T= Periodo (s)
A
A = Ampiezza
dell’onda
Caratteristica di un’onda
elettromagnetica
Un’onda elettromagnetica sinusoidale, ad un
tempo, t, fissato, ha la seguente forma:
= lunghezza d’onda
(m)
A = Ampiezza
dell’onda
Velocità di un’onda elettromagnetica
Le onde elettromagnetiche nel vuoto si
muovono tutte alla stessa velocità, che è
quella della luce:
c = 299 792 458 m s-1
Caratteristiche di un’onda
elettromagnetica
Le unità di misura sono:
c = m s-1 (velocità della luce);
 = m (lunghezza d’onda);
 = Hz (Hertz = s-1);
T = s-1 (periodo)
c  

c
T
Lunghezza d’onda e frequenza sono inversamente
proporzionali, mentre lunghezza d’onda e periodo
sono direttamente proporzionali.
Fotone
Nella
concezione
einsteniana,
la
radiazione
elettromagnetica è composta da particelle, chiamate
fotoni, di energia quantizzata, ovvero ogni fotone ha
una energia ben definita chiamato quanto di energia.
L’energia, E, trasportata da un fotone, o quanto di
energia è:
hc
E  h 

Dove h è la costante di Planck:
h = 6, 626 068 76  10-34 J s
Fotone
Esempio: Calcolare il numero di fotoni emessi da
una lampada di 60 W di potenza, che produce
luce gialla .
La lunghezza d’onda della luce gialla è circa:
 =585 nm = 58510-9 m.
La corrispondente frequenza, , è:
c 299 792 458 m s 1
14
 

5
,
124674

10
Hz
9

585  10 m
Fotone
L’energia di un fotone è:

 
E  h    6,626  10 34 Js  5,1246  1014 s 1

E  h    33,9556  10 34 24 J  34  10 20 J
La potenza, P, è definita come l’energia, E,
scambiata nell’unità di tempo, t.
P
E totale fotoni
t
Fotone
L’energia totale, Etot, emessa dalla lampada nella
luce gialla è uguale alla somma delle energie di
tutti i fotoni emessi dalla lampada. Se con N e con
E si indicano, rispettivamente, il numero di fotoni
emessi e l’energia di ogni singolo fotone, allora
l’energia totale, Etot, emessa dalla lampada è:
Etot = N·E
Fotone
Dall’espressione della potenza, P:
P
Etotale fotoni
t
N E

t
Si ricava il numero, N, di fotoni:
P  t 60 W  1 s 
60 J
20
N



1
,
764

10
E
34  10  20 J 34  10  20 J
Quindi il numero, N, di fotoni emessi in un seconda da un a
lampada 60W nella luce gialla è: N=1,7641020, che è un
numero elevato tale da giustificare il fatto che non si vedono i
singoli fotoni, cioè la luce viene vista continua ed uniforme.
Fotone - eV
Poiché l’energia di un fotone misurata in joule (J) è molto
piccola, come si constata osservando l’energia di un fotone
della luce gialla, si è solito utilizzare un’altra unità di misura
collegata al joule denominata elettronvolt (eV).
Il passaggio dal joule (J) all’elettronvolt (eV) è il seguente:
1 J = 6,241 5161018 eV
Ovvero
1 eV = 1,602 176 64610-19 J
Spettro elettromagnetico
Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate dalla loro
frequenza, ovvero dalla loro lunghezza d’onda. Pertanto esse,
tutte insieme, costituiscono uno spettro elettromagnetico.
Uno spettro EM è riportato dalla figura:
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
109
1011
1013
1014
383·1012
1015
1016
ν Hz 
1019
1017
790·1012
3·10-2
Radio
Frequency
10
MicroWaves
400
FIR
1meV
4eV
4000
MIR
0.05eV
12821 26316
NIR
0.5eV
50000
UV
Vacuum
UV
6eV
3.3eV
1.6eV
400000
Soft
X-Rays
50eV

ν~ cm1
109
107
Hard
X-Rays

-Rays
1KeV
100KeV
10Å
0.1Å
E
3800Å
0.3m
1000m 25m 2.5m 7800Å
1000Å
383
483
517
535
12821
16129
17241
17857
Rosso
Arancio
Giallo
100Å
612
652
20408
21739
Verde
Blu
697
23256
Indaco
790

ν THz 

~ cm1
26316 ν

Violetto
EeV 
1.6
2.0
7800
6200
2.1
2.2
2.5
2.7
2.9
5800
5600
4900
4600
4300
3.3
 
3800 λ Å
SPETTRO DELLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
DIEGO SALI 01
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Spettro elettromagnetico
Le onde elettromagnetiche che
compongono lo spettro sono
caratterizzate dalla frequenza, la
lunghezza d’onda, dall’energia.
Pertanto lo spettro è suddiviso in
diverse regioni, che sono:……
Onde radio
In questa categoria di onde fanno parte:
•Onde lunghe per usi marittimi ed aeronautici
•Modulazione di ampiezza per trasmissioni radio
(AM)
Onde radio
• Radiomobili
• Onde medie trasmissioni radofoniche
• Modulazione di frequenza nelletraìsmissioni
radio (FM)
• Trasmissioni televisivi (TV)
• Onde corte per usi marittimi, aeronautici,
radioamatoriali, radiomobili, cellulari
Onde radio
Le frequenze, le lunghezze d’onda e le energie delle
onde radio sono schematizzate nella tabella
Tipo
d’onda
(Hz)
 m)
Onda
lunga
104
2104
3104
1,5102
6,6310-30
1,3310-27
4,1410-11
8,2710-9
AM
5105
3106
6106
1102
3.3110-28
210-27
210-9
1,2410-8
E (J)
E (eV)
Onde
corte
3106
5107
1102
6
210-27
3,3110-26
1,2410-8
2,0710-7
TV
5107
8108
6
3,7510-1
3,3110-26
5,310-25
2,0710-7
3,3110-6
Onde radio
Le frequenze, le lunghezze d’onda e le energie delle
onde radio sono schematizzate nella tabella
Tipo
d’onda
(Hz)
 m)
Telefonini
CB
3107 110
1108 3
210-26
6,6310-26
1,2410-7
4,1410-7
Cellulari
1109 310-1
3109 110-1
6.6310-25
210-24
4,1410-6
1,2410-5
E (J)
E (eV)
Microonde
Le microonde sono utilizzate nei
forni, nelle trasmissioni radar, nelle
trasmissioni di immagini da satelliti
artificiali.
Microonde
Tipo
d’onda
Microonde
(Hz)
 m)
E (J)
8108 3,7510-1 5,310-25
11012 3 10-4
6,6310-22
E (eV)
3,3110-6
4,1410-3
Onde Infrarosse
Le onde infrarosse, IR, sono dette anche
“termiche”, poiché sono onde associate ai corpi
che si trovano a temperatura ambiente.
Queste onde vengono suddivise in vicino, medio e
lontano infrarosso, perché queste onde sono
contigue al rosso della luce visibile.
Onde Infrarosse
Le IR vengono utilizzate per accendere i televisori
con i telecomandi.
Mediante le IR si possono osservare, mediante
opportuni strumenti, oggetti che si trovano al buio.
Onde Infrarosse
Tipo
d’onda
Infrarosse
(Hz)
 m)
11012 310-4
31014 1 10-6
E (J)
6,6310-22
210-19
E (eV)
4,1410-3
1,24
Spettro visibile
È quella parte molto piccola dello
spettro elettromagnetico che l’occhio
umano riesce a vedere.
Spettro visibile
Lo spettro visibile comprende tutti i colori compresi dal
rosso fino al violetto (7500 Å=750 nm)
Spettro visibile
La regione del visibile è compresa fra le onde
infrarosse ed i raggi ultravioletti. L’intervallo
delle frequenza è molto stretto. Quindi l’occhio
umano, di tutte le one elettromagnetiche, ne vede
solo una piccolissima parte.
Spettro visibile
(Hz)
 m)
E (J)
E (eV)
Rosso
3,841014
4,821014
7,8110-7
6,22 10-7
2,5410-19
3,1910-19
1,59
1,99
Arancione
4,821014
5,031014
6,2210-7
5,97 10-7
3,1910-19
3,3310-19
1,99
2,08
Giallo
5,031014
5,201014
5,9710-7
5,77 10-7
3,3310-19
3,4510-19
2,08
2,15
Verde
5,201014
6,101014
5,7710-7
4,92 10-7
3,4510-19
4,0410-19
2,15
2,52
Azzurro
6,101014
6,591014
4,9210-7
4,55 10-7
4,0410-19
4,3710-19
2,52
2,73
Violetto
6,591014
7,691014
4,5510-7
3,90 10-7
4,3710-19
5,110-19
2,73
3,18
Tipo d’onda
Raggi ultravioletti - UV
Raggi ultravioletti - UV
È un insieme di radiazioni che frequenze
superiori a quelle dello spettro visibile.
Lo spettro UV viene diviso in tre regioni:
• Vicino UV
•Lontano UV
•Estremo UV
Raggi ultravioletti - UV
Tipo d’onda
Ultravioletto
(Hz)
 m)
E (J)
E (eV)
7,691014 410-7 5,110-19 3,18
11017
3 10-9 6,6310-17 4,14 102
Raggi X
È una parte dello spettro le cui
componenti sono molto energetiche.
Sono utilizzate
medica.
nella
diagnostica
Raggi ultravioletti - UV
I raggi X si dividono in molli e forti.
Tipo d’onda
Raggi X
(Hz)
11017
11019
 m)
310-9
3 10-11
E (J)
E (eV)
6,6310-17 4,14 102
6,6310-15 4,14 104
Raggi gamma
È la parte dello spettro le cui onde
elettromagnetiche sono le più energetiche.
Sono utilizzate nella medicina per la cura dei
tumori.
Raggi gamma
Tipo
d’onda
(Hz)
Raggi
gamma
Superiore a
11019
 m)
E (J)
E (eV)
Superiore a Superiore a Superiore a
3 10-11
6,6310-15 4,14 104