La radiazione elettromagnetica (radiazione EM) è tutto intorno a te; è fondamentale non solo per la tua comprensione della fisica, ma anche per la tua stessa sopravvivenza. Senza le radiazioni del sole, per esempio, la Terra non potrebbe sostenere la vita.
Ciò che gli scienziati della NASA e i loro parenti sono giunti a chiamare radiazione elettromagnetica può essere descritto in termini fisici come un'onda. Le onde elettromagnetiche sono accomunate da alcune importanti caratteristiche, ma il loro impatto pratico sul mondo varia dalla capacità di cucinare rapidamente il cibo alla trasmissione rapida di informazioni su enormi dimensioni distanze.
Le lunghezze d'onda più corte sono associate a frequenze più alte e ad alta energia, mentre le frequenze più alte si trovano su una porzione di lunghezza d'onda corta dello spettro con lunghezze d'onda più lunghe. Lo spettro visibile relativamente ristretto offre all'occhio umano, e quindi alla mente umana intuitiva, un'immagine molto più piccola della realtà totale rispetto a ciò che sta realmente accadendo tutto il tempo.
Cosa sono le onde elettromagnetiche?
UnOnda elettromagneticaconsiste in un'onda di campo elettrico che oscilla in un piano perpendicolare (ad angolo retto) ad un'onda di campo magnetico. Poiché la radiazione elettromagnetica agisce come un'onda, allora ogni particolare onda elettromagnetica avrà unfrequenza (f; a volte indicato conνinvece) elunghezza d'onda λ(la lettera greca lambda) ad essa associata.
Tuttavia, le onde elettromagnetiche non richiedono un mezzo fisico come l'aria (l'atmosfera terrestre è carica di gas e non è semplice "spazio") o acqua attraverso cui propagarsi, e quindi possono attraversare il vuoto dello spazio vuoto - cosa che fanno alla velocità della lucec, che è 3 × 108 m/s, o circa 6 trilioni di miglia all'ora. Forse inutile dire che questa è la velocità più veloce dell'universo!
Lo spettro elettromagnetico
Le onde elettromagnetiche possono arrivare in molte lunghezze d'onda e frequenze diverse, purchéil prodotto della lunghezza d'onda e della frequenza di una data onda è uguale alla velocità della luce(cioè λf = c). Pensa a una squadra di lottatori della stessa classe di peso ridotto; alcuni saranno più alti e più magri, altri più corti e più compatti, ma per definizione tutti hanno una massa molto vicina alla stessa nonostante le apparenze molto diverse.
La gamma di lunghezze d'onda attraverso lo spettro EM è suddivisa in una serie di tipi di radiazioni elettromagnetiche. In ordine dalla frequenza più bassa (energia più alta, lunghezza d'onda più lunga) alla frequenza più alta (energia più bassa, lunghezza d'onda più corta) questi tipi di radiazioni sono:
- Onde radio:Queste onde, che hanno permesso di ascoltare le "trasmissioni" molto prima di Internet, hanno
valori a partire da circa 1 m e che si estendono oltre i 108 m (100 milioni di m). Microonde:I forni a microonde sono la manifestazione tecnologica più ovvia di questo tipo di radiazione, che abbraccia lo spettro di lunghezze d'onda da circa 10-3 m (1 millimetro o mm) a 1 m. Radiazione infrarossa:La luce infrarossa si trova tra 7 × 10-7 m (700 nanometri, o nm) e 1 mm, e viene raccolto da apparecchiature ottiche e utilizzato visivamente in occhiali per la "visione notturna". *Luce visibile:Lo spettro visibile della luce esiste in una banda stretta tra circa 4
× 10-7 m e 7
× 10-7 m (400 nm e 700 nm). Dal più basso al più altoenergia, e quindi dal più lungo al più cortolunghezza d'onda,l'ordine spettrale dei colori visibili può essere ricordato da"Roy G. Bivacco": rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Radiazioni ultraviolette:Luce ultravioletta (10-8 da m a 4 × 10-7 m, o da 10 nm a 400 nm) è utilizzato nei lettini abbronzanti ed è emesso dal sole; è il tipo di energia EM che provoca scottature solari e probabilmente tumori della pelle.
Raggi X:Questa radiazione ad alta energia (10-11 a 10-8 m o da 0,01 a 10 nm) viene utilizzato nella diagnostica; grandi esposizioni possono essere pericolose per la salute. *Raggi gamma:L'EM a più alta energia si trova a sfrecciare nello spazio esterno; questa radiazione ha lunghezze d'onda inferiori a 1/100 di nanometro. L'atmosfera fortunatamente filtra la maggior parte di questi.
Esempio di problema di spettro elettromagnetico
Ti svegli su un pianeta in cui la velocità della luce è di 60 metri al secondo, ma le leggi fisiche in generale sono le stesse della Terra. Se le lunghezze d'onda della luce blu e della luce rossa su questo pianeta sono rispettivamente di 5 cm e 10 cm, con il giallo che si trova esattamente tra di loro nello spettro, qual è ilfrequenzadi luce gialla qui?
La lunghezza d'onda della luce gialla su questo pianeta deve essere la metà della distanza tra 5 e 10 cm, o 7,5 cm. Poiché λf = c = 300 m/s,
f=\frac{60}{0.075}=800\text{ cicli al secondo}
- I cicli al secondo hanno i suoiunità derivatain fisica, l'hertz (Hz).
