LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE
L'umanità si è sempre interrogata sulla natura della luce (una piccola parte dello spettro delle Radiazioni Elettro-Magnetiche); in epoca moderna si sono sviluppate due teorie apparentemente contrapposte:
La teoria ondulatoria
La teoria corpuscolare
TEORIA ONDULATORIA DELLA LUCE
1678 Christiaan Huygens: la luce si propaga come un'onda
1873 James Clerk Maxwell: la luce è una forma di energia radiante, che si propaga nello spazio per mezzo di onde elettromagnetiche
LE RADIAZIONI E.M.
L' energia radiante è generata da cariche elettriche in movimento, che provocano l'oscillazione di un campo magnetico ed uno elettrico
L' oscillazione avviene su due piani perpendicolari tra di loro
L' intersezione dei due piani coincide con la direzione di propagazione della radiazione
La velocità nel vuoto è: c = 299 792 458 m/s
L'energia radiante si propaga nello spazio circostante in tutte le direzioni con un movimento ondulatorio
Il movimento ondulatorio di una r.e.m. viene descritto da una curva sinusoidale
LE RADIAZIONI E.M.
LE ONDE E.M.
I parametri che caratterizzano un'onda sono:
Ampiezza (A): altezza massima dell'onda
l'intensità di una radiazione (energia che arriva sull'unità di superficie in un secondo I = E/t∙S) è proporzionale al quadrato di A: I = k∙A2
Periodo (T): tempo impiegato per compiere una oscillazione completa Frequenza (ν):numero di oscillazioni al secondo (ν = 1/T)
Lunghezza d'onda(λ): spazio percorso nel tempo di un periodo ( v= λ∙ν )
LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO
= c /
= c / E = h
E = h
Energia
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 1010
1022 1019 1017 1015 1014 1010 106 103 1 10-3
Ultravioletto Visibile Infrarosso
Raggi cosmici Raggi gamma Raggi X Ultravioletto Visibile Infrarosso Microonde Radar Televisione NMR Radio Ultrasuoni Suoni (udibile) Infrasuoni
Frequenza [Hz]
Lunghezza d’onda [m]
SPETTRO DELLE R.E.M.
RADIAZIONI POLICROMATICHE
R.e.m. con un solo valore di frequenza sono dette monocromatiche Un fascio di radiazioni monocromatiche di λ diverse costituisce una radiazione policromatica
La luce bianca è formata da radiazioni monocromatiche di colore diverso:
INTERFERENZA
L'interferenza è un comportamento tipico dei fenomeni ondulatori:
quando due o più radiazioni monocromatiche percorrono lo stesso mezzo nella stessa direzione possono verificarsi tre casi:
Le onde sono in concordanza di fase (rafforzamento), aumentano ampiezza ed intensità
Le onde sono in opposizione di fase (interferenza totale),non c'è onda finale
Nel caso intermedio l'onda finale ha un'ampiezza A sempre minore della somma di quelle d'origine
INTERFERENZA
TEORIA CORPUSCOLARE
1704 Isaac Newton: la luce è fatta di corpuscoli
1900 Max Planck: teoria dei quanti (la materia emette e assorbe energia in modo discontinuo)
1905 Albert Einstein: effetto fotoelettrico
TEORIA CORPUSCOLARE
Alcuni fenomeni riguardanti la fotochimica, l'emissione e l'assorbimento di radiazioni da parte di un corpo nero e l'effetto fotoelettrico evidenziano che l'energia delle r.e.m. non dipende dalla loro intensità, ma dalla loro frequenza:
E = h∙ν equazione di Planck h = 6,626∙10
-34J∙s costante di Planck
e che la materia è in grado di emettere od assorbire energia in modo discontinuo, per multipli di una quantità elementare:
il quanto di energia ( fotone per le r.e.m.)
EFFETTO FOTOELETTRICO
Qualunque sia l'intensità della radiazione, l'emissione di elettroni non avviene se la ν è inferiore ad un valore minimo detto frequenza di soglia fotoelettrica
L'energia degli elettroni espulsi è indipendente dall'intensità della luce, ma dipende solo dalla frequenza della radiazione
NATURA DUALISTICA ONDA- PARTICELLA
Alcuni fenomeni ottici ( riflessione, rifrazione, interferenza, diffrazione etc) trovano l'esatta interpretazione tramite la teoria ondulatoria
Altri fenomeni ottici ( emissione del corpo nero, effetto fotoelettrico etc) trovano l'esatta interpretazione tramite la teoria corpuscolare
è necessario ammettere una natura dualistica dell'energia radiante: è sia onda che particella
