Spettro elettromagnetico L. Pietrocola. Spettro elettromagnetico Lo spettro elettromagnetico è proprio un nome che gli scienziati danno ad un insieme.

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1 Spettro elettromagnetico L. Pietrocola

2 Spettro elettromagnetico Lo spettro elettromagnetico è proprio un nome che gli scienziati danno ad un insieme di radiazioni elettromagnetiche quando quando essi sentono la necessità di parlarne come un gruppo.

3 Spettro elettromagnetico Si dice spettro di una sorgente di radiazione l'insieme delle radiazioni che la sorgente stessa emette.

4 Cosa è un’onda elettromagnetica? Un’onda elettromagnetica è l’effetto di una vibrazione di un campo elettrico e di un campo magnetico 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

5 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.

6 Come si produce un’onda elettromagnetica? Il campo elettrico, E, ed il campo magnetico, B, sono perpendicolari tra di loro. -

7 Onda elettromagnetica Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha la seguente forma:

8 Caratteristica di un’onda elettromagnetica Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha la seguente forma:

9 Caratteristica di un’onda elettromagnetica Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha la seguente forma:

10 Caratteristica di un’onda elettromagnetica Un’onda elettromagnetica sinusoidale ha la seguente forma: T= Periodo (s) A = Ampiezza dell’onda

11 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

12 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

13 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 (periodo) Lunghezza d’onda e frequenza sono inversamente proporzionali, mentre lunghezza d’onda e periodo sono direttamente proporzionali.

14 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: Dove h è la costante di Planck: h = 6, 626 068 76  10 -34 J s

15 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:

16 Fotone L’energia di un fotone è: La potenza, P, è definita come l’energia, E, scambiata nell’unità di tempo, t.

17 Fotone L’energia totale, E tot, 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, E tot, emessa dalla lampada è: E tot = N·E

18 Fotone Dall’espressione della potenza, P: Si ricava il numero, N, di fotoni: Quindi il numero, N, di fotoni emessi in un seconda da un a lampada 60W nella luce gialla è: N=1,764  10 20, 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.

19 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  10 18 eV Ovvero 1 eV = 1,602 176 646  10 -19 J

20 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:

21 Spettro elettromagnetico

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44 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:……

45 Onde radio In questa categoria di onde fanno parte: Onde lunghe per usi marittimi ed aeronautici Modulazione di ampiezza per trasmissioni radio (AM)

46 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

47 Onde radio Le frequenze, le lunghezze d’onda e le energie delle onde radio sono schematizzate nella tabella Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Onda lunga  10 4  2  10 4  3  10 4  1,5  10 2  6,63  10 -30  1,33  10 -27  4,14  10 -11  8,27  10 -9 AM  5  10 5  3  10 6  6  10 6  1  10 2  3.31  10 -28  2  10 -27  2  10 -9  1,24  10 -8 Onde corte  3  10 6  5  10 7  1  10 2  6  2  10 -27  3,31  10 -26  1,24  10 -8  2,07  10 -7 TV  5  10 7  8  10 8  6  3,75  10 -1  3,31  10 -26  5,3  10 -25  2,07  10 -7  3,31  10 -6

48 Onde radio Le frequenze, le lunghezze d’onda e le energie delle onde radio sono schematizzate nella tabella Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Telefonini CB  3  10 7  1  10 8  1  10  3  2  10 -26  6,63  10 -26  1,24  10 -7  4,14  10 -7 Cellulari  1  10 9  3  10 9  3  10 -1  1  10 -1  6.63  10 -25  2  10 -24  4,14  10 -6  1,24  10 -5

49 Microonde Le microonde sono utilizzate nei forni, nelle trasmissioni radar, nelle trasmissioni di immagini da satelliti artificiali.

50 Microonde Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Microonde  8  10 8  1  10 12  3,75  10 -1  3  10 -4  5,3  10 -25  6,63  10 -22  3,31  10 -6  4,14  10 -3

51 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.

52 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.

53 Onde Infrarosse Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Infrarosse  1  10 12  3  10 14  3  10 -4  1  10 -6  6,63  10 -22  2  10 -19  4,14  10 -3  1,24 Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Infrarosse  1  10 12  3  10 14  3  10 -4  1  10 -6  6,63  10 -22  2  10 -19  4,14  10 -3  1,24

54 Spettro visibile È quella parte molto piccola dello spettro elettromagnetico che l’occhio umano riesce a vedere.

55 Spettro visibile Lo spettro visibile comprende tutti i colori compresi dal rosso fino al violetto (7500 Å=750 nm)

56 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.

57 Spettro visibile Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Rosso  3,84  10 14  4,82  10 14  7,81  10 -7  6,22  10 -7  2,54  10 -19  3,19  10 -19  1,59  1,99 Arancione  4,82  10 14  5,03  10 14  6,22  10 -7  5,97  10 -7  3,19  10 -19  3,33  10 -19  1,99  2,08 Giallo  5,03  10 14  5,20  10 14  5,97  10 -7  5,77  10 -7  3,33  10 -19  3,45  10 -19  2,08  2,15 Verde  5,20  10 14  6,10  10 14  5,77  10 -7  4,92  10 -7  3,45  10 -19  4,04  10 -19  2,15  2,52 Azzurro  6,10  10 14  6,59  10 14  4,92  10 -7  4,55  10 -7  4,04  10 -19  4,37  10 -19  2,52  2,73 Violetto  6,59  10 14  7,69  10 14  4,55  10 -7  3,90  10 -7  4,37  10 -19  5,1  10 -19  2,73  3,18

58 Raggi ultravioletti - UV

59 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

60 Raggi ultravioletti - UV Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Ultravioletto  7,69  10 14  1  10 17  4  10 -7  3  10 -9  5,1  10 -19  6,63  10 -17  3,18  4,14  10 2

61 Raggi X È una parte dello spettro le cui componenti sono molto energetiche. Sono utilizzate nella diagnostica medica.

62 Raggi ultravioletti - UV Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Raggi X  1  10 17  1  10 19  3  10 -9  3  10 -11  6,63  10 -17  6,63  10 -15  4,14  10 2  4,14  104 I raggi X si dividono in molli e forti.

63 Raggi gamma È la parte dello spettro le cui onde elettromagnetiche sono le più energetiche. Sono utilizzate nella medicina per la cura dei tumori.

64 Raggi gamma Tipo d’onda (Hz)  m) E (J)E (eV) Raggi gamma Superiore a  1  10 19 Superiore a  3  10 -11 Superiore a  6,63  10 -15 Superiore a  4,14  10 4