La luce e lo spettro elettromagnetico
L’energia del sole
Poco a poco tutta (99,97%) l’energia che abbiamo sulla Terra viene dal sole. Questo ammonta a una media di 340 joule/secondo per ogni metro quadrato della superficie terrestre.
L’energia solare è energia nucleare. Proviene dalle reazioni di fusione che avvengono nel sole. In una reazione di fusione, due piccoli nuclei si fondono per formare il nucleo di un atomo più grande. Una parte della massa viene convertita in energia nel processo. Qui sotto c’è una tipica reazione di fusione. Un isotopo dell’idrogeno, il deuterio o 2H, si combina con un altro isotopo dell’idrogeno, il trizio o 3H, per formare elio e un neutrone.
Il nucleo di deuterio consiste di 1 protone e 1 neutrone con una massa atomica esattamente di 2,0. Il trizio ha 1 protone e 2 neutroni (3,0 amu). Il nucleo di elio ha una massa di 3,98 amu e il neutrone libero è 1,0 amu. In questa reazione una parte della massa, 0,02 amu, è convertita in energia.
Ricorda che il joule (J) è l’unità standard di energia. Possiamo convertire qualsiasi altra unità di energia in joule o kilojoule (kJ). Ci sono molti programmi di conversione online che aiutano nei calcoli. Per esempio 1 joule è uguale a 1 (chilogrammo)(metro)2/(secondi)2.
Nell’ultima lezione hai visto che il sole, come qualsiasi altro oggetto caldo, rilascia la sua energia in “raggi” discreti che hanno alcune proprietà delle particelle e alcune proprietà delle onde. La chiamiamo radiazione elettromagnetica.
C’è una distribuzione delle energie della radiazione che assomiglia alla distribuzione delle energie cinetiche degli atomi e delle molecole all’interno di una sostanza. La maggior parte dei grafici delle distribuzioni di energia hanno una forma simile.
Nota che la radiazione nella gamma della luce visibile è vicina all’energia media per lo spettro solare, ma c’è un bel po’ di radiazione più e meno energetica di questa.
Anche tu irradi energia. La radiazione di un corpo di circa 310 K è nella gamma degli infrarossi.
Radiazione elettromagnetica
La radiazione elettromagnetica è il tipo di energia che comprende la luce, il calore e i raggi X. Può essere descritta usando un modello di onda sinusoidale, dove le proprietà della radiazione dipendono dalla lunghezza d’onda, dalla frequenza e da altri parametri dell’onda. Per alcuni scopi, ha più senso descrivere l’energia come un flusso di particelle di luce chiamate fotoni, dove l’energia dei fotoni è proporzionale alla frequenza della radiazione.
Proprietà delle onde della radiazione elettromagnetica:
- Ampiezza (A): L’altezza dell’onda
- Lunghezza d’onda (λ): La distanza tra due creste dell’onda
- Cresta e depressione: I punti più alti e più bassi, rispettivamente, di un’onda
- Velocità della luce ( c ): La velocità della radiazione mentre viaggia nel vuoto. Questa quantità è la stessa per tutte le forme di radiazione elettromagnetica, dai raggi X alla luce alle onde radio, ed è costante all’interno di un particolare mezzo di trasporto.La velocità della luce nel vuoto è 2,99792 x 108 m/s. La velocità della luce nell’aria è solo lo 0,03% più lenta, e c in entrambi i mezzi è di solito appena arrotondato a 3,00 x 108 m/s.
- Frequenza (ν): Il numero di onde che passano un punto fisso al secondo
- Periodo (T): Il numero di secondi che un’onda impiega per passare un punto fisso
- ν = 1/T – La frequenza dell’onda è il reciproco del periodo.
- λ ν = c (o ν = c/λ) – il prodotto di frequenza e lunghezza d’onda è la velocità della luce. In alternativa, la frequenza di un’onda è inversamente proporzionale alla velocità.
- E = hν = hc/λ , dove h è la costante di Planck, 6,626 x 10-34 – L’energia della radiazione è uguale alla costante di Plank moltiplicata per la frequenza della radiazione.
Lo spettro elettromagnetico
Anche se tutte le onde della radiazione elettromagnetica viaggiano alla velocità della luce, diversi tipi di onde hanno lunghezze d’onda, frequenze ed energie molto diverse. Più corta è la lunghezza d’onda della radiazione, maggiore è la frequenza e l’energia. Lo spettro elettromagnetico va dalla radiazione gamma (γ), che ha la lunghezza d’onda più corta, la frequenza più alta e l’energia più grande, alle onde radio, che ha la lunghezza d’onda più lunga e la frequenza e l’energia più bassa.
La luce ultravioletta (UV) è divisa in tre regioni:
- UV A, lunghezza d’onda = 400 – 320 nm
- UV B, lunghezza d’onda = 320 – 280 nm
- UV C, lunghezza d’onda =
La luce visibile è tra 750 nm (rosso) e 400 nm (viola). Ricordi Roy G. Biv?IndietroTabelleCompassoIntroduzioneNext