SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE

 

Lo spettro elettromagnetico è l'insieme continuo di tutte le radiazioni al variare della frequenza (lunghezza d'onda) Al crescere della frequenza troviamo le onde RADIO, le onde TV e MICROONDE, gli INFRAROSSI, il VISIBILE (suddiviso nei vari colori dal rosso al violetto), gli ULTRAVIOLETTI, i RAGGI X e i RAGGI GAMMA.

ONDE RADIO e ONDE TV

𝜆=100Km - 10cm

La lunghezza d'onda da può variare da 1cm a 10⁵m=100Km circa. Sono tutte le onde elettromagnetiche che si possono produrre artificialmente con circuiti o apparati elettrici.

Le onde utilizzate nelle trasmissioni radio locali FM hanno frequenze tra 90Mhz e110 MHz e  lunghezza d'onda di circa 1 m. Ad esempio 89 MHz è la frequenza di radio DJ ha lunghezza d'onda data da 𝜆=c/f=10⁸/89∙10⁶=100/89=1,12m. NB: L'antenna della radio è lunga circa 60cm cioè 𝜆/2. Questa lunghezza d'onda permette di superare ostacoli dello stesso ordine di grandezza (circa 1 m).
Tali onde sono riflesse dagli strati di ioni presenti nell’alta atmosfera, il che rende possibile la trasmissione di segnali a grande distanza da un punto all’altro della superficie terrestre.








Quelle con lunghezza d’onda piuttosto grande 𝜆>100m possono aggirare per diffrazione ostacoli di dimensioni non troppo grandi, come alberi e case. Possono esser invece riflesse da colline. Le onde per la TV e per i cellulari hanno lunghezza d'onda più piccola e sono facilmente riflesse e per questo hanno bisogno di opportuni ripetitori.

ONDE RADAR- MICROONDE 𝜆=10cm a 1mm
Tali onde non sono riflesse dalla ionosfera e quindi costituiscono il mezzo ideale per le comunicazioni spaziali e per i collegamenti con i satelliti.
A causa della piccola lunghezza d’onda vengono riflesse da ostacoli abbastanza piccoli come case, aerei in movimento ecc.

 
 
Per questo sono sfruttate per i funzionamento dei Radar. Nel Radar viene generato un'onda elettromagnetica che incontrando un ostacolo (ad esempio un aereo) si riflette e torna indietro al ricevitore. Misurando il tempo di andata e ritorno si può stabilire la posizione dell'ostacolo.  

Vengono usate anche dai cellulari e alcune trasmissioni TV. I cellulari e i dispositivi wi-fi usano le stesse frequenze intorno ai 3GHz. 

Questo tipo di onde  non possono essere usate per trasmissioni poste sulla superficie terrestre a distanze superiori al centinaio di chilometri in quanto non seguono la curvatura terrestre (in tal caso si usano i ripetitori oppure i satelliti geostazionari). 
Nei forni a microonde mettono in oscillazione per risonanza le molecole polari d'acqua presenti nel cibo trasformando l'energia dell'onda in calore. La frequenza è di circa 2,45 Ghz con una lunghezza d'onda corrispondente di circa 12cm. La grata metallica posta sul vetro dello sportello è uno schermo di Faraday che impedisce alle onde di fuoriuscire dal forno. Le microonde del forno possono risultare pericolose per l'uomo perchè hanno potenza di 1000W. Il rischio è quello di ustionarsi.

INFRAROSSI 𝜆=1mm-700nm

A causa dell’elevata frequenza è difficile ottenere queste radiazioni con circuiti oscillanti cioè artificialmente.
Vengono prodotte dalle OSCILLAZIONI TERMICHE DEGLI ATOMI; esse provengono quindi da tutti i corpi con una certa temperatura e, in particolare dai CORPI CALDI. Sono dette anche radiazioni termiche. Sono quelle che emesse dal Sole  ci scaldano per irragiamento.
Invisibili possono venire percepite al tatto come calore e impressionano particolari pellicole fotografiche. 

Vista la lunghezza d’onda superiore a quella della luce, possono AGGIRARE PICCOLE PARTICELLE in sospensione nell’atmosfera (vedi fenomeno diffrazione) e per questo motivo vengono usate per fotografare in caso di nebbia. Ovviamente sono utili per vedere al buio persone e animali e in generale corpi caldi (vedi telecamere ad infrarossi).

Anche un semplice telecomando usa un segnale ad infrarossi che per noi è invisibile. Ma se usi la fotocamera del cellulare è possibile vedere il led del telecomando accendersi. Perchè? Perchè la fotocamera è sensibile anche agli infrarossi.

LA LUCE VISIBILE : da 700nm a 400nm

Appartengono alla luce visibile le onde elettromagnetiche alle quali è sensibile l’occhio umano. La luce visibile è una piccola porzione dello spettro delle onde elettromagnetiche.
Sono emesse dai corpi aventi temperatura molto elevata, come metalli incandescenti, le fiamme e, naturalmente, il Sole e le stelle.

I nostri occhi percepiscono le diverse frequenze della luce visibile sotto forma di colori. Si parte dal rosso che corrisponde a 640nm/700nm al verde intorno ai 550nm al blu intorno ai 500nm e infine l'ultravioletto sui 400nm. Il rosso ha frequenza minore e minore energia mentre il blu e il violetto hanno maggiore frequenza e quindi trasportano maggiore energia.

Gli animali hanno uno spettro di luce leggermente diverso determinato dall'evoluzione della specie. Ad esempio riesco a percepire gli ultravioletti e gli infrarossi alcuni insetti (mosche , zanzare, api) e i rettili. Gli animali non riescono ad avere la nostra stessa percezione nitida dei colore. Molti mammiferi non vedono il rosso altri vedono tutto secondo sfumature di grigio oppure di giallo o di rosso. 

L'uomo ha una visione tricromatica con oltre 6 milioni di coni sensibili al rosso, verde e blu che gli permettono di percepire oltre a un milione di sfumature di colore. Il cane ha solo 1,2 milioni di coni sensibli solo al giallo e al blu. Quindi non hanno percezione del rosso e del verde e vede tutto secondo sfumature di giallo e blu.  La loro vista di giorno è circa l'80% in meno di quella umana. Invece riesce a vedere al buio 5/6 volte meglio dell'uomo.

  

ULTRAVIOLETTI : tra i 100nm e i 400nm

Sono radiazioni emesse dagli atomi eccitati. Non sono visibili all'uomo. Rispetto alla luce visibile trasportano più energia e penetrano più profondamente nei tessuti viventi e, se di frequenza più alta possono risultare letali per le cellule e batteri (UVB) e quindi pericolosi per l'uomo. Il sole emette raggi ultravioletti che raggiungono la Terra. Sono per questo molto importanti le creme protettive per l'esposizione al sole. Queste sono un filtro contro gli UVA e UVB che sono presenti anche in giornate nuvolose.  Per fortuna la nostra atmosfera riesce a schermare buona parte delle UV  di alta frequenza ma filtra poco gli UVA e UVB. 

Altre sorgenti di UV sono le lampade a fluorescenza che servono per sterilizzare in laboratorio.   

RAGGI X 

𝜆=10⁻¹¹m f=10¹⁹Hz

Vengono prodotti quando un elettrone viene inviato ad elevata velocità contro un bersaglio metallico.
Penetrano facilmente nei tessuti viventi dai quali vengono assorbiti in misura diversa, a seconda della natura dei tessuti stessi; per questo fatto e per la proprietà di impressionare le lastre fotografiche vengono usati in medicina.
Uccidono le cellule e possono produrre mutazioni genetiche.
I raggi X uccidono più facilmente cellule malate che cellule sane e pertanto, in dosi opportune, possono essere usati in certe terapie.
I raggi X sono anche usati per lo studio dei cristalli. Un fascio di raggi X che penetra in un cristallo subisce riflessioni successive da parte degli atomi presenti nel reticolo cristallino dando origine a figure di diffrazione. Dalla forma e dalle dimensioni di queste figure è possibile, nota la distanza fra gli atomi, risalire alla lunghezza d’onda dei raggi X e, viceversa, nota tale lunghezza, risalire alla spaziatura degli atomi.

RAGGI GAMMA

𝜆<10⁻¹¹m f=10²²Hz

Sono emessi dai nuclei instabili degli elementi radioattivi.
Sono estremamente penetranti e provocano gravi alterazioni dei tessuti viventi e anche la morte