LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE
L'umanità si è sempre interrogata sulla natura della luce (una piccola
parte dello spettro delle Radiazioni Elettro-Magnetiche); in epoca
moderna si sono sviluppate due teorie apparentemente
contrapposte:
La teoria ondulatoria
La teoria corpuscolare
TEORIA ONDULATORIA DELLA LUCE
1678 Christiaan Huygens: la luce si propaga come un'onda
1873 James Clerk Maxwell: la luce è una forma di energia radiante, che
si propaga nello spazio per mezzo di onde elettromagnetiche
LE RADIAZIONI E.M.
L' energia radiante è generata da cariche elettriche in
movimento, che provocano l'oscillazione di un campo
magnetico ed uno elettrico
L' oscillazione avviene su due piani perpendicolari tra di loro
L' intersezione dei due piani coincide con la direzione di
propagazione della radiazione
La velocità nel vuoto è: c = 299 792 458 m/s
LE RADIAZIONI E.M.
L'energia radiante si propaga nello spazio circostante in tutte le
direzioni con un movimento ondulatorio
Il movimento ondulatorio di una r.e.m. viene descritto da una curva
sinusoidale
LE ONDE E.M.
I parametri che caratterizzano un'onda sono:
Ampiezza (A): altezza massima dell'onda
l'intensità di una radiazione (energia che arriva sull'unità di superficie
in un secondo I = E/t∙S) è proporzionale al quadrato di A: I = k∙A2
Periodo (T): tempo impiegato per compiere una oscillazione completa
Frequenza (ν):numero di oscillazioni al secondo (ν = 1/T)
Lunghezza d'onda(λ): spazio percorso nel tempo di un periodo
( v= λ∙ν )
LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Energia
Frequenza [Hz]
10-8
10-6
10-4
10-2
1
=c/
1
104
10-3
Infrasuoni
Suoni
(udibile)
Ultrasuoni
Radio
102
Lunghezza d’onda [m]
E = h
103
Infrarosso
NMR
Visibile
106
Televisione
10-10
1010
Radar
10-12
1015 1014
Microonde
Raggi X
10-14
Raggi gamma
Raggi cosmici
Ultravioletto
1017
Infrarosso
1019
Ultravioletto
Visibile
1022
106
108
1010
SPETTRO DELLE R.E.M.
RADIAZIONI POLICROMATICHE
R.e.m. con un solo valore di frequenza sono dette monocromatiche
Un fascio di radiazioni monocromatiche di λ diverse costituisce una
radiazione policromatica
La luce bianca è formata da radiazioni monocromatiche di colore
diverso:
INTERFERENZA
L'interferenza è un comportamento tipico dei fenomeni ondulatori:
quando due o più radiazioni monocromatiche percorrono lo stesso
mezzo nella stessa direzione possono verificarsi tre casi:
Le onde sono in concordanza di fase (rafforzamento), aumentano
ampiezza ed intensità
Le onde sono in opposizione di fase (interferenza totale),non c'è onda
finale
Nel caso intermedio l'onda finale ha un'ampiezza A sempre minore
della somma di quelle d'origine
INTERFERENZA
TEORIA CORPUSCOLARE
1704 Isaac Newton: la luce è fatta di corpuscoli
1900 Max Planck: teoria dei quanti (la materia emette e assorbe
energia in modo discontinuo)
1905 Albert Einstein: effetto fotoelettrico
TEORIA CORPUSCOLARE
Alcuni fenomeni riguardanti la fotochimica, l'emissione e
l'assorbimento di radiazioni da parte di un corpo nero e l'effetto
fotoelettrico evidenziano che l'energia delle r.e.m. non dipende dalla
loro intensità, ma dalla loro frequenza:
E = h∙ν
h = 6,626∙10-34 J∙s
equazione di Planck
costante di Planck
e che la materia è in grado di emettere od assorbire energia in modo
discontinuo, per multipli di una quantità elementare:
il quanto di energia ( fotone per le r.e.m.)
EFFETTO FOTOELETTRICO
Qualunque sia l'intensità della radiazione, l'emissione di elettroni non
avviene se la ν è inferiore ad un valore minimo detto frequenza di
soglia fotoelettrica
L'energia degli elettroni espulsi è indipendente dall'intensità della
luce, ma dipende solo dalla frequenza della radiazione
NATURA DUALISTICA ONDA- PARTICELLA
Alcuni fenomeni ottici ( riflessione, rifrazione, interferenza,
diffrazione etc) trovano l'esatta interpretazione tramite la teoria
ondulatoria
Altri fenomeni ottici ( emissione del corpo nero, effetto fotoelettrico
etc) trovano l'esatta interpretazione tramite la teoria corpuscolare
è necessario ammettere una natura dualistica dell'energia
radiante: è sia onda che particella
FINE
