Spettro elettromagnetico
In fisica lo spettro elettromagnetico (abbreviato spettro EM) indica l'insieme di tutte le possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche.
Le radiazioni elettromagnetiche, in generale, sono un trasferimento di energia che può essere modellizzato sotto forma di onde elettromagnetiche, caratterizzate a loro volta da una lunghezza d'onda e da una frequenza. Poiché la lunghezza d'onda e la frequenza di una radiazione sono inversamente proporzionali, tanto minore sarà la lunghezza d'onda, tanto maggiore sarà la frequenza e quindi l'energia del fotone (che equivale alla sua frequenza moltiplicata per la costante di Planck). Pur essendo lo spettro continuo, è possibile una suddivisione puramente convenzionale ed indicativa in vari intervalli o bande di frequenza, dettata a partire dallo spettro ottico. L'intervallo possibile in frequenza o equivalentemente in lunghezza d'onda va da zero a infinito, mantenendo la relazione di proporzionalità inversa tra le due grandezze. La lunghezza d'onda λ è definita come:
dove , al numeratore, è la velocità di propagazione della luce pari a 300.000 m/s e , al denominatore, la frequenza dell'onda.
L'intero spettro è suddiviso nella parte di spettro visibile che dà vita alla luce e le parti di spettro non visibile a lunghezza d'onda maggiori e minori dello spettro visibile. Le onde di maggiore lunghezza d'onda dal visibile alle onde radio hanno poca energia e risultano scarsamente dannose, le radiazioni comprese tra l'ultravioletto e i raggi gamma invece hanno più energia, sono ionizzanti e quindi possono danneggiare gli esseri viventi.
Suddivisione in bande
Come l'orecchio ha dei limiti nella percezione del suono, l'occhio umano ha dei limiti nella visione della luce. In entrambi i casi, vi sono limiti superiori e inferiori.
Quantunque si distinguano varie zone nello spettro, non si può dire che esistano tra esse limiti netti.
La radiazione con una lunghezza d'onda inferiore a 400 nm è denominata luce ultravioletta. Questa zona scende fino a una lunghezza d'onda di circa 10 nm. Al di sotto di questa zona, si trova quella dei raggi X e si stende fino a una lunghezza d'onda di circa 0,006 nm. La parte inferiore dello spettro si compone di onde denominate raggi gamma. Questa zona si trova al di sotto della zona dei raggi X. Il campo di raggi gamma rappresenta il risultato della disintegrazione radioattiva.
Dalla parte dello spettro, dove la luce ha lunghezza d'onda maggiore, cioè oltre il rosso, si trova la zona denominata infrarossa. Quest'ultima va da 0,7 µm a 0,4 mm. Quindi, viene la zona delle microonde, con lunghezze d'onda da 0,4 mm a 100 cm. Oltre a questa, vi sono tre campi di onde radio: onde corte da 1 m a 100 m; onde medie da 200 m a 600 m; onde lunghe superiori a 600 m. Le onde radio possono essere generate da scariche che producono onde elettromagnetiche.
Spettro ottico
È interessante rilevare che solo una parte assai limitata dello spettro contiene radiazioni visibili all'occhio.
L'occhio non può vedere la radiazione elettromagnetica oltre la zona violetta dello spettro e al di sotto della zona rossa. Lo spettro elettromagnetico si compone delle zone al di sopra e al di sotto di questi limiti, incluso il campo visibile. Anche se l'ultima lunghezza d'onda considerata nel campo visibile è di 0,4 µm, alcune persone possono vedere la radiazione con una lunghezza d'onda anche di solo 0,3 µm.
Per quanto le onde delle diverse zone abbiano tutte le stesse proprietà, si impiega il termine luce solo per la parte visibile dello spettro e le due zone circostanti. Le parti di luce visibile dello spettro sono emesse da corpi incandescenti, quali ad esempio il Sole o una lampadina. Vale la pena ricordare che, in base alla legge di Stefan-Boltzmann, ogni corpo a qualsiasi temperatura (purché superiore allo zero assoluto) emette radiazione elettromagnetica. Tuttavia i corpi che ci appaiono incandescenti sono appunto solo quelli che emettono un'apprezzabile quantità di radiazione nelle frequenze a cui il nostro occhio è sensibile.
Tabella
| Tipo di radiazione elettromagnetica | Frequenza | Lunghezza d'onda |
|---|---|---|
| Onde radio | ≤250 MHz | 10 km - 10 cm |
| Microonde | 250 MHz – 300 GHz | 1 m – 1 mm |
| Infrarossi | 300 GHz – 428 THz | 1 mm – 700 nm |
| Visibile | 428 THz – 749 THz | 700 nm – 400 nm |
| Ultravioletto | 749 THz – 30 PHz | 400 nm – 10 nm |
| Raggi X | 30 PHz – 300 EHz | 10 nm – 1 pm |
| Raggi gamma | ≥300 EHz | ≤1 pm |
Utilizzo
Un utilizzo tipico applicativo dello spettro elettromagnetico è nelle telecomunicazioni per veicolare informazione attraverso segnali (portante modulata) sul canale di comunicazione tra mittente e destinatario, utilizzando la banda ottica e quella dell'infrarosso per le comunicazioni ottiche, quella a microonde e a radiofrequenza per le radiocomunicazioni (spettro radio).
Lo spettro infrarosso è coinvolto in tutti i processi di scambio di calore tra corpi per irraggiamento e quindi anche nei sistemi di riscaldamento, mentre un'altra applicazione è nei forni a microonde dove si utilizza appunto la banda delle microonde per la cottura dei cibi. Raggi X sono invece comunemente impiegati in diagnostica medica (radiografia).
Voci correlate
- Cepstrum
- Frequenza
- Interazione elettromagnetica
- Lunghezza d'onda
- Onda (fisica)
- Radiazione elettromagnetica
- Raggi gamma
- Raggi ultravioletti
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