Caratteristiche dello spettro elettromagnetico, bande, applicazioni

Lui spettro elettromagnetico Consiste nella disposizione ordinata di tutte le lunghezze d'onda delle onde elettromagnetiche, che assumono un valore positivo, senza alcuna restrizione. È diviso in 7 sezioni, tra cui la luce visibile è inclusa.

Conosciamo le frequenze della luce visibile quando vediamo l'arcobaleno, in cui ogni colore corrisponde a una lunghezza d'onda diversa: il rosso è il viola più lungo e più breve.

Spettro elettromagnetico. Si noti che la frequenza (e con essa l'energia) aumenta da sinistra a destra in questo schema. André Oliva / Public Domain

Il rango di luce visibile occupa a malapena un'area molto breve dello spettro. Le altre regioni, che non possiamo vedere, sono onde radio, microonde, infrarossi, ultravioletti, raggi X e gamma.

Le regioni non sono state scoperte allo stesso tempo, ma in momenti diversi. Ad esempio, l'esistenza di onde radio fu prevista nel 1867 dal commesso di James Maxwell e anni dopo, nel 1887, Heinrich Hertz le produsse per la prima volta nel loro laboratorio, quindi sono chiamate onde hertziane.

Sono tutti in grado di interagire con la materia, ma in diversi modi, a seconda dell'energia che trasportano. D'altra parte, le diverse regioni dello spettro elettromagnetico non sono definite bruscamente, poiché in realtà i limiti sono diffusi.

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Bande

Bande di spettro elettromagnetiche. Tatoute e Phroood/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/)

I limiti tra le diverse regioni dello spettro elettromagnetico sono piuttosto diffusi. Non si tratta di divisioni naturali, in effetti lo spettro è un continuum.

Tuttavia, la separazione in bande o aree serve a caratterizzare convenientemente lo spettro in base alle sue proprietà. Inizieremo la nostra descrizione con le onde radio, le cui lunghezze d'onda sono maggiori.

Onde radio

Le frequenze più basse hanno un intervallo di circa 10⁴ Hz, che a loro volta corrisponde alle lunghezze d'onda più lunghe, in genere delle dimensioni di un edificio. Radio AM, FM e The Citizen Band usano le onde in questa gamma, nonché le trasmissioni televisive VHF e UHF.

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Ai fini della comunicazione, le onde radio furono utilizzate per la prima volta intorno al 1890, quando Guglielmo Marconi inventò la radio.

Poiché la frequenza delle onde radio è inferiore, non hanno effetti ionizzanti sulla questione. Ciò significa che le onde radio non hanno energia sufficiente per espellere elettroni dalle molecole, ma la temperatura degli oggetti aumenta quando si aumentano le vibrazioni delle molecole.

Microonde

La lunghezza d'onda a microonde è nell'ordine dei centimetri ed è stata anche rilevata da Heinrich Hertz.

Hanno abbastanza energia per riscaldare il cibo, che in misura maggiore o minore contiene acqua. L'acqua è una molecola polare, il che significa che mentre è elettricamente neutro, negativo e positivo i carichi sono leggermente separati, formando un dipolo elettrico.

Quando le microonde, che sono campi elettromagnetici, colpiscono un dipolo, producono coppie che li fanno ruotare per allinearli con il campo. Il movimento si traduce in energia che si estende attraverso il cibo e ha l'effetto di riscaldarlo.

Infrarosso

Questa parte dello spettro elettromagnetico è scoperta da William Herschel all'inizio del XIX secolo e ha una frequenza inferiore a quella della luce visibile, ma maggiore del microonde.

La lunghezza d'onda dello spettro a infrarossi (sotto il rosso) è paragonabile alla punta di un ago, quindi è una radiazione più energetica del microonde.

Una buona parte della radiazione solare arriva a queste frequenze. Qualsiasi oggetto emette una certa quantità di radiazioni a infrarossi, ancora di più se sono calde, ad esempio le stufe da cucina e gli animali a sangue caldo. È invisibile alle persone, ma alcuni predatori distinguono l'emissione infrarossa dalla loro preda, il che dà loro vantaggio nella caccia.

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Visibile

È la parte dello spettro che possiamo rilevare con i nostri occhi, tra 400 e 700 nanometri (1 nanometro, abbreviato nm È 1 × 10^-9 m) lunghezza d'onda.

La luce bianca contiene una miscela di tutte le lunghezze d'onda, che possiamo vedere separatamente quando è realizzata da un prisma. Le gocce d'acqua a volte si comportano come prismi ed è per questo che possiamo vedere i colori dell'arcobaleno.

I colori dell'arcobaleno rappresentano diverse lunghezze d'onda della luce visibile. Fonte: Pixabay.

Le lunghezze d'onda dei colori che vediamo, nei nanometri, sono:

-Rosso: 700-620

-Arancia: 620-600

-Giallo: 600-580

-Verde: 580-490

-Blu: 490-450

-Viola: 450-400

Ultravioletto

È una regione più energetica della luce visibile, con lunghezze d'onda oltre viola, cioè maggiore di 450 nm.

Non possiamo vederlo, ma nella radiazione che viene dal sole c'è molto. E poiché ha una maggiore energia della parte visibile, questa radiazione interagisce molto di più con la materia, causando danni a molte molecole di importanza biologica.

I raggi ultravioletti furono scoperti poco dopo l'infrarosso, sebbene all'inizio furono chiamati "raggi chimici", perché reagiscono con sostanze come il cloruro d'argento.

Raggi X

Furono scoperti da Wilhelm Roentgen nel 1895 mentre sperimentavano elettroni accelerati (raggi catodici) rivolti a un bersaglio. Incapace di spiegare la loro origine, li ha chiamati raggi X.

È una radiazione altamente energia e lunghezza d'onda paragonabile alla dimensione dell'atomo, in grado di attraversare i corpi opachi e produrre immagini come le radiografie.

Le radiografie sono ottenute da x -raggi: fonte: pixabay.

Dato che hanno più energia, possono interagire con la materia estraendo elettroni dalle molecole, quindi sono conosciuti con il nome di radiazione ionizzante.

Raggi gamma

Questa è la radiazione più energetica di tutte, con lunghezze d'onda dell'ordine di un nucleo atomico. Si verifica spesso in natura, poiché viene emesso da elementi radioattivi mentre diminuiscono verso nuclei più stabili.

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Nell'universo ci sono fonti di gamma raggio nelle esplosioni di supernova, nonché oggetti misteriosi tra cui i clic, i buchi neri e le stelle dei neutroni.

L'atmosfera terrestre protegge il pianeta da queste radiazioni altamente ionizzanti che provengono dall'universo e che a causa della loro grande energia hanno un effetto dannoso sul tessuto biologico.

Applicazioni

-Le onde radio o radiofrequenze sono utilizzate nelle telecomunicazioni, perché sono in grado di trasportare informazioni. Anche per scopi terapeutici per riscaldare i tessuti e migliorare la consistenza della pelle.

-Per ottenere immagini mediante risonanze magnetiche, sono inoltre richieste le radiofrequenze. In astronomia, i radiotelescopi li usano per studiare la struttura degli oggetti celesti.

-I telefoni cellulari e la televisione satellitare sono due applicazioni a microonde. Il radar è un'altra applicazione importante. Inoltre, l'intero universo è immerso in un background di radiazioni a microonde, dal Big Bang, il rilevamento di questo background è il miglior test a favore di questa teoria.

Il radar emette un impulso verso un oggetto, che disperde l'energia in tutte le direzioni, ma una parte viene riflessa, portando informazioni sulla posizione dell'oggetto. Fonte: Wikimedia Commons.

-La luce visibile è necessaria poiché ci consente di interagire efficacemente con il nostro ambiente.

-I raggi X hanno più applicazioni come strumento diagnostico in medicina e anche a livello di scienza dei materiali, per determinare le caratteristiche di molte sostanze.

-Le radiazioni gamma di diverse fonti sono usate come trattamento del cancro, nonché per sterilizzare gli alimenti.

Riferimenti

1. Giambattista, a. 2010. Fisica. Seconda edizione. McGraw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fisica: principi con applicazioni. 6 °. Ed Prentice Hall.
3. Rex, a. 2011. Fondamenti di fisica. Pearson.
4. Serway, r. 2019. Fisica per la scienza e l'ingegneria. 10 °. Edizione. Volume 2. Cengage.
5. Shipman, j. 2009. Un'introduzione alla scienza fisica. Dodicesima edizione. Brooks/Cole, Cengage Editions.