Modulo “Fisica dell`atmosfera e dell`Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Scuola di Scienze e Tecnologie
L-32 / L-34 – Scienze geologiche, dell’ambiente e della natura
Corso di “Geografia fisica”
Modulo “Fisica dell’atmosfera e dell’Idrosfera”
Prof. Carlo Bisci
02 – La radiazione elettromagnetica
La radiazione elettromagnetica (REM)
La radiazione elettromagnetica (REM) è la forma di energia responsabile della
propagazione di onde elettromagnetiche.
Si tratta di un fenomeno ondulatorio dato dalla propagazione in fase di un campo
elettrico e di un campo magnetico, oscillanti in piani ortogonali tra loro e rispetto alla
direzione di propagazione.
Pur essendo un fenomeno ondulatorio, la radiazione elettromagnetica ha anche una
natura quantizzata, che le consente di essere descritta come un flusso di fotoni, che
nel vuoto viaggiano alla velocità della luce (c).
c = 299’792’458 m/s, un po’ più di 1 miliardo di Km/h
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La radiazione elettromagnetica (REM)
Ogni corpo fisico emette REM distribuita
in uno spettro di frequenze che dipende
dalla temperatura dell’emettitore.
All’aumentare della temperatura, infatti,
aumenta la quantità di energia dell’onda
(intensità).
Partendo dalla Legge di Stefan e dalla
Legge di Planck, è poi possibile dedurre
che la lunghezza dell’onda di picco
emessa da un corpo è proporzionale alla
quarta potenza dell’inverso della sua
temperatura: λ = 1 / T4
Dato che la REM viaggia a velocità
costante (c), frequenza (f) e lunghezza
d’onda (λ ) sono in relazione inversa.
Anche l’energia del fotone dipende dalla
temperatura del corpo emettitore, dato
che cresce al crescere della frequenza (e
quindi della temperatura)
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Lo spettro della REM
Lo spettro di frequenze della radiazione elettromagnetica è convenzionalmente
suddiviso in “campi”, dai raggi gamma (altissime frequenze) alle onde radio
(bassissime frequenze)
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Interazioni della REM con la materia
La REM, incontrando la materia, può essere:
TRASMESSA (corpo trasparente)
RIFLESSA (corpo “chiaro”)
ASSORBITA (corpo “scuro”)
R
T
I
A
Per la legge della conservazione dell’energia: I = T + R + A
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Materia e REM
Per ciascun corpo (solido, liquido o
gassoso) le percentuali di REM che
vengono trasmesse, riflesse e assorbite
variano al variare della lunghezza d’onda
della REM incidente in funzione delle sue
caratteristiche fisiche, chimiche e
strutturali.
Ciascun materiale ha quindi tre sue
tipiche «firme spettrali» (una relativa
allo spettro della trasmittanza, una a
quello della riflettanza (la più
comunemente usata a scopi pratici) e
una terza a quello dell’assorbanza.
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Trasmittanza dell’atmosfera
La REM proveniente dal Sole viaggia
indisturbata ne vuoto cosmico, ma
attraversando l’atmosfera
interagisce con i materiali che la
compongono.
Di conseguenza, lo spettro della REM
che raggiunge la superficie terrestre
è diverso rispetto a quello originale
di emissione, dato che una parte
della REM viene assorbita o riflessa.
In particolare, si possono notare
intervalli spettrali in cui la
trasmittanza dell’atmosfera è molto
buona (finestre) e picchi di
assorbimento/riflessione legati ai
singoli componenti dell’atmosfera.
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Assorbimento e riemissione della REM
La radiazione assorbita da un materiale ne provoca
alterazioni a livello atomico, molecolare e strutturale
che comportano un incremento dell'energia interna.
Questa energia assorbita si riflette nel riscaldamento
del corpo (proporzionale alla sua assorbanza nello
spettro della REM incidente) che, quindi, dovrà riemettere REM di intensità e frequenze compatibili con
la sua nuova temperatura.
Il Sole, che ha una temperatura intorno ai 6’000 °K, ha
il suo picco di emissione nel campo della luce visibile.
La Terra, che ha invece una temperatura media di
neppure 300°K, ri-emetterà nelle lunghezza d'onda
dell‘infrarosso termico .
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