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13.12 Spettro delle onde elettromagnetiche
L'intervallo delle frequenze
delle onde elettromagnetiche è
molto ampio e si estende dalle
onde hertziane (limite inferiore
Hz
2
∼ γ,
10 ) ai raggi che hanno
Hz
18
frequenze superiori a 10 .
Lo spettro è suddiviso conven-
zionalmente in una successione
di bande: onde hertziane, mi-
croonde, infrarosso. visibile,
X , γ.
ultravioletto, raggi raggi 100/112
13.12 Spettro delle onde elettromagnetiche
Le separazioni non sono nette e gli
intervalli delle singole bande hanno
zone di sovrapposizione, come
avviene ad esempio alle altissime
X γ.
frequenze tra raggi raggi
Le dierenti denominazioni hanno
origine storica e sono talvolta
legate al modo di produzione o
di rilevazione delle onde (è il caso
delle onde hertziane e del visibile).
101/112
13.12 Spettro delle onde elettromagnetiche
Nella zona inferiore dello spettro la produzione delle onde avviene
con circuiti elettronici (almeno sulla terra). Il limite massimo es-
Hz
12
sendo intorno a 10 ; le onde di frequenza superiore derivano da
fenomeni a livello atomico e nucleare, spontanei o provocati.
ν
In ogni caso è sempre la frequenza, , che determina le proprietà
siche; anche quando l'onda attraversa un mezzo materiale e la sua
λ
velocità varia, è la lunghezza d'onda, , che cambia, ma il numero di
oscillazioni al secondo resta invariato. Per avere una comprensione
completa dello spettro delle onde elettromagnetiche è opportuno in-
trodurre la descrizione quantistica, essenziale per spiegare alcune pro-
prietà non riconducibili alle proprietà ondulatorie. 102/112
13.12 Spettro delle onde elettromagnetiche
Secondo la meccanica quantistica l'energia elettromagnetica ha una
struttura discreta come la materia e non continua come previsto
dalla teoria ondulatoria di Maxwell. Essa è costituita da quanti di
energia detti fotoni, ognuno dei quali ha l'energia
U = hν
Js
34
−
·
h = . ν
dove 6 626 10 è la costante di Planck e la frequenza
dell'onda. I fotoni si muovono in qualsiasi sistema di riferimento
m s
8
·
c = /
con velocità 3 10 e hanno massa a riposo nulla. La loro
quantità di moto è U hν h
p = = =
c c λ 103/112
13.12 Spettro delle onde elettromagnetiche
I
Un'onda elettromagnetica piana di intensità è composta da un
N
usso di fotoni per metro quadro e per secondo, con
I
N = hν
La teoria di Maxwell delle onde em dà una descrizione media dei
fenomeni tanto più appropriata quanto minore è l'energia dei fotoni
e maggiore il loro numero. Nelle onde hertziane e nelle microonde
l'energia dei quanti è così piccola e il numero così grande che non
è possibile rivelare sperimentalmente il singolo quanto. Nel campo
del visibile si presentano fenomeni interpretabili solamente con la de-
scrizione quantistica, ma l'aspetto ondulatorio è più evidente. Nei
X γ
raggi e nei raggi l'eetto quantistico è predominante e le propri-
età ondulatorie possono essere messe in evidenza solo con ranati
esperimenti. 104/112
13.12 Onde hertziane
Onde hertziane m Hz
6 2 9
· ≥ ≥ ≤ ≤
λ . , v ,
3 10 0 3 10 10
eV
6
−
∼ ≤ ≤ ·
U
0 4 10
Queste onde sono prodotte con dispositivi elettronici, principalmente
circuiti oscillanti, e sono utilizzate nelle trasmissioni radiofoniche e
televisive. Per questa ragione si parla anche di onde radio o di ra-
diofrequenze. 105/112
13.12 Microonde
Microonde m Hz
3 9 11
−
≥ ≥ ≤ ≤ ·
. λ , v ,
0 3 10 10 3 10
eV
6 3
− −
· ≤ ≤ ·
U .
4 10 1 2 10
Vengono prodotte con dispositivi elettronici o da fenomeni atom-
ici: sono utilizzate principalmente per comunicazioni e sistemi radar.
Prevale la descrizione classica, ma alle frequenze più elevate l'energia
dei fotoni è suciente per alcuni studi di strutture molecolari, in
quanto è dello stesso ordine di grandezza delle dierenze di energia
tra livelli molecolari. Il maser (Microwave Amplication by Stimu-
lated Emission of Radiation) ad ammoniaca emette una frequenza
Hz cm
10
·
v = . (λ = . )
2 4 10 1 25 e la corrispondente energia dei
eV
4
−
U =
fotoni è 10 106/112
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