La luce e lo spettro elettromagnetico

Ciò che i nostri occhi percepiscono è solo una piccola parte della gamma di onde esistenti in natura. Scopriamo le prime nozioni sullo spettro elettromagnetico.

Sull’acqua di uno stagno si agita un insetto. Intorno ad esso si allontanano onde circolari che si propagano fino alla riva. Possiamo chiamare la distanza tra una cresta d’onda e l’altra lunghezza d’onda. Questo banale scenario, se osservato con attenzione, può rivelare altri particolari. Le creste d’onda che ogni secondo si infrangono sulla riva lo fanno con un certo “ritmo”, che chiameremo frequenza d’onda:

Lunghezza d'onda

Possiamo ora facilmente assimilare la regola per cui “più la frequenza è elevata tanto minore è la lunghezza d’onda”. Il suono di una sirena, ad esempio, è un’onda che viaggia alla velocità di 300 metri al secondo. Anche da un faro che risplende nel buio di un porto vengono irradiate onde, questa volta di tipo luminoso. Ma come le onde sonore, anche quelle luminose differiscono dalle onde prodotte dal nostro famoso insetto. Si tratta infatti di sfere concentriche che sfrecciano nell’aria a velocità pazzesche.

La luce di una candela, ad esempio, ha una lunghezza d’onda di circa mezzo millesimo di millimetro, e le creste arrivano in fondo al nostro occhio alla velocità della luce (circa 300.000 km al secondo) con una frequenza di circa 600.000 miliardi al secondo. Queste particelle (fotoni), di colore giallo arancio nel caso di una candela, vengono quindi emesse in tutte le direzioni. Quanta potenza in una semplice candela!

Spettro visibile

Lo spettro elettromagnetico

I fotoni percorrono quindi la distanza dalla candela al nostro occhio alla velocità della luce e la loro energia risulta proporzionale alla frequenza dell’onda. Ad onde luminose gialle saranno associati fotoni con energia di circa 2 elettronvolt. Variando la lunghezza d’onda si copre tutta la gamma delle onde elettromagnetiche. Fotoni di 4 elettronvolt corrisponderanno ad onde violette e così via. Le onde radio coprono lunghezze dal chilometro al centimetro, mentre per le millimetriche si parla di onde radar, passando poi alla banda infrarossa, che si estende fino ad 1 nanometro circa. La luce visibile, invece, ha una banda molto stretta, compresa tra 700 e 400 namometri. Successivamente si incontrano l’ultravioletto, i raggi x ed i raggi gamma.

Stimare la temperatura di una radiazione è semplice: riscaldiamo un forno fino a raggiungere la temperatura di 1000 gradi centigradi (non è poco). Le pareti diventeranno rosseggianti. L’ambiente interno si riempirà di quella radiazione rosseggiante che registriamo, appunto, a 1000 gradi. Sulla superficie del sole, visibile anche a noi, c’è una luce gialla, che sappiamo essere a 6000 gradi. Su Vega invece è visibile una radiazione di color azzurro, a 12000 gradi. Il centro del Sole è sede di una intensa radiazione gamma, a 16 milioni di gradi.

C’è un’altra affascinante radiazione detta fossile, a 3 gradi, che si propagherebbe in un ambiente raffreddato sino a questa temperatura. Questa radiazione è invisibile ad occhio nudo, ma che si può rivelare con i radiotelescopi. Ha una lunghezza d’onda media di tre millimetri ed un’energia media di tre decimillesimi di elettron­­­­volt.

La luce ha un comportamento molto vario e complicato, che grazie alla meccanica quantistica risulta molto più chiaro, anche se le nozioni di onda e particelle, che si adattano perfettamente alla nostra realtà, sono meno chiare a livello anatomico. Proprio per questo possiamo affermare correttamente che la luce si comporta a volte come un treno d’onde e a volte come un flusso di particelle.

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6 Commenti

  1. Ciao a tutti,
    non mi è chiara una cosa, in che modo frequenza d’onda ed energia termica sono collegate?? Credo di avere una grande confusione in testa in materia… 😳 in pratica il colore rosso sarebbe più freddo del giallo ed il giallo più freddo del blu… ma allora un corpo più caldo del viola comincerebbe ad emettere onde ultraviolette e quindi diverrebbe invisibile ad occhio nudo??? e ancora, un corpo più freddo del rosso? E le onde radio? anch’esse emettono calore? probabilmente sto solo facendo una gran confusione, credo di stare immischiando concetti diversi tra loro, qualcuno può spiegarmi plz? :mrgreen:
    p.s. mi è venuta in mente un’altra cosa… qualsiasi fiamma gialla ha una temperatura intorno ai 6000 °C? quindi anche una normale candela??? 😯 e la parte azzurra alla base della fiamma??

  2. @cecio84,
    è esattamente quello che dici. certe radiazioni sia molto calde che molto fredde sono invisibili all’occhio umano. ma esistono lo stesso ed è per questo che per misurare la temperatura degli oggetti celesti si usano rivelatori (ossia occhi) speciali. Sulla candela è propio così: la parte più calda è quella più interna, azzurrina. Poi viene la parte gialla e infine quella rossa più esterna. E lo stesso succede nelle stelle: le azzurre sono le più calde e le rosse le più fredde. Ma la temperatura continua in un senso e nell’altro da ambo le parti. Solo che ci vogliono termometri speciali e l’occhio è insufficiente a vedere i loro colori.
    Se ancora non ti è chiaro…continua a chiedere ….

  3. No sei stato chiarissimo… grazie tante!
    Mi riesce solo difficile assimilare il concetto che una candela e la superficie del sole abbiano una temperatura simile, tutto qui 😯
    Tuttavia approfitterò della tua gentilezza per porti altre domande :mrgreen:
    In base a quello che abbiamo appena detto, suppongo che ciò che riscalda tutti noi non sia il calore emesso dalla superficie solare, ma piuttosto qualche altro tipo di radiazione invisibile ad occhio nudo? Una gigantsca sfera calda come una candela non mi sembra sufficente a riscaldare un corpo distante minuti luce!! E ancora, come mai si sente spesso parlare di stelle azzurre, stelle rosse, ma non ho mai sentito parlare di stelle verdi e viola? 😆 e quindi le stelle più calde del viola sono invisibili?

  4. ciao a tutti,
    vorrei sapere se potreste spiegarmi come si analizza chimicamente uno spettro. grazie

  5. penso nn si possa prendere in considerazione la candela …. e poi la fiamma è gialla xche ha una combustione non perfetta.. producendo incombusti… la fiamma del fornello allora xchè è azzurra??? nn è mica più calda delle altre fiamme… poi il sole ha una massa differente dalla candela nn si può paragonare…

  6. caro gianluca,
    a parte differenze dovute al combustibile usato e cose del genere, rimane indiscusso il fatto che una fiamma è tanto più chiara (tendente all’azzarro e al bianco) quanto è più alta la temperatura. Il rosso predomina a basse temperature (ad esempio la brace).