Concetti Chiave
- Il modello quantistico della luce supera il modello newtoniano, considerando la luce come un fascio di fotoni privi di massa.
- L'occhio umano percepisce la radiazione elettromagnetica in un intervallo di frequenze specifiche, traducendo le diverse frequenze in colori distinti.
- Per una visione ottimale, l'occhio è più sensibile a lunghezze d'onda di circa 550 nm, con una soglia minima di potenza di 3,6 x 10^-17 W.
- La temperatura di un corpo influisce sulla luce emessa: a 800°C, emette luce rossastra, aumentando la temperatura porta a emissioni di luce gialla e bianca.
- L'energia necessaria per produrre luce può derivare da vari processi, come reazioni chimiche o attriti, con l'occhio più adatto a percepire la luce riflessa piuttosto che quella diretta.
Il modello quantistico della luce
Per Newton il corpuscolo è dotato di massa ma il fotone no, è solo un quarto di massa. Si abbandonò quindi il modello newtoniano poiché ormai superato. A particelle elementari si deve considerare il modello quantistico, luce e fascio di fotoni. A livello di diffrazione, refrazione etc. Il modello di Hughes risulta quindi adatto allo scopo. Il problema dell’ottica è studiare su diversi livelli e si tende sempre a usare il modello più semplice.
Sensibilità dell'occhio umano
L’occhio è sensibile alla radiazione elettromagnetica di frequenza 4,2 x 10^ 14 Hz di lunghezza d’onda 7 x 10^ -7 m, la frequenza massima è 7,5 x 10^ 14 Hz di lunghezza d’onda 4x 10^ -7 m.
L’occhio è sensibile alle onde elettromagnetiche di questo ambito ed è così sensibile da assegnare ad ognuna di esse un colore preciso.
L’energia che colpisce l’occhio viene assorbita e il nervo ottico trasferisce l’impulso al cervello che traduce in colore la frequenza ricevuta. L’esperienza ci porta a far coincidere l’immagine con l’oggetto, o un immagine per miraggio. Se la luce è troppo poco intensa ha l’espressione del buio.
L’energia che deve raggiungere l’occhio dipende dalle condizioni dell’occhio stesso e delle frequenze. L’occhio vede meglio a 550 nm a 3,6 x 10^ -17 W di energia e frequenza 5,45x 10^ 14 Hz.
500 nm sono un centinaio di 100 fotoni al secondo. Essi devono essere moltiplicati per la costante di Plunt.
6,62x10^ -34 ovvero l’energia del fotone.
La soglia della potenza minima è 3,6x10 ^-17 W affinchè l’occhio veda.
Emissione di luce e temperatura
Se siamo al buio e riusciamo a far si che un corpo si porti almeno a una temperatura di 800°C l’oggetto emetterà luce rossastra.
Più cresce la temperatura più c’è eccitazione degli atomi più l’oggetto emette energia in forma luminosa dando origine oltre che alla luce rossa, la luce gialla, bianca etc.
L’occhio sollecitato da frequenze diverse fa la somma integrale delle frequenze ed associa al risultato un colore caratteristico. La composizione della luce emessa su diverse frequenze è anche, infine, un indicatore della temperatura del corpo che sta emettendo.
Interazioni luminose e percezione
L’energia necessaria per produrre luce può venire da reazioni chimiche, urti, attriti ( le lampadine normali a filamento emettono grazie ad attriti tra elettroni , nelle lampadine a neon l’emissione è data da urti tra elettroni e particelle del gas) o, nel caso delle stelle, da interazioni gravitazionali.
L’occhio non è in grado di sopportare la luce di un corpo a temperature elevate, perché la struttura dell’occhio può danneggiarsi. L’occhio è più adatto a captare la luce non da sorgenti ma da oggetti illuminati. Tipicamente il corpo che ci illumina di luce riflessa è la luna. Quando un corpo viene illuminato da una sorgente di luce può rifletterla, può assorbirla, può rifletterla parzialmente ed essi sono in competizione tra loro:
- riflette tutto: bianco;
- assorbe tutto: nero;
- assorbe e Riflette in stessa quantità: verde.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza principale tra il modello newtoniano della luce e il modello quantistico?
- A quale lunghezza d'onda e frequenza è più sensibile l'occhio umano?
- Come influisce la temperatura di un corpo sulla luce che emette?
- Qual è il ruolo dell'occhio umano nella percezione della luce riflessa?
Il modello newtoniano considera il corpuscolo come dotato di massa, mentre il fotone nel modello quantistico non ha massa, essendo solo un quarto di massa. Questo ha portato all'abbandono del modello newtoniano a favore di quello quantistico, che si basa su particelle elementari e fasci di fotoni.
L'occhio umano è sensibile a una frequenza di 4,2 x 10^14 Hz con una lunghezza d'onda di 7 x 10^-7 m, e la frequenza massima è di 7,5 x 10^14 Hz corrispondente a una lunghezza d'onda di 4 x 10^-7 m.
A temperature elevate, come 800°C, un corpo emette luce rossastra, e con l'aumento della temperatura, l'oggetto emette energia luminosa in diverse lunghezze d'onda, generando colori come rosso, giallo e bianco.
L'occhio umano è più adatto a captare la luce riflessa da oggetti illuminati, come la luna, piuttosto che da sorgenti di luce diretta. La percezione del colore dipende dalla quantità di luce riflessa, assorbita o parzialmente riflessa dall'oggetto.
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