natura della luce

Duplice natura della luce: onda e particella

Natura ondulatoria della luce

La luce è una radiazione elettromagnetica, un’onda composta da un campo elettrico e un campo magnetico (elettromagnetico) oscillanti e perpendicolari tra loro, che si propagano nello spazio ad una velocità costante (= velocità della luce).

• La velocità della luce è più veloce della velocità del suono (ex. fuochi d’artificio/lampi).

Un campo magnetico è una regione dello spazio in cui una particella magnetica è soggetta ad una forza (ex. magnete genera campo magnetico intorno a sé).

Un campo elettrico è una regione dello spazio in cui una particella dotata di carica elettrica è sottoposta all’azione di una forza (ex. protone ha un campo elettrico intorno a sé; un’altra particella carica, posta in quel campo, risentirà di una forza elettrica).

Un’onda può essere descritta dalla sua:

• Ampiezza: altezza verticale di un cresta. Determina la luminosità della luce.
• Lunghezza d’onda (λ): la distanza tra due creste successive. Determina il colore della luce.

La luce è anche caratterizzata dalla frequenza (v): il numero di cicli che passano attraverso un punto stazionario in un dato intervallo di tempo. Viene misurata in Hertz (Hz) ed è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda.

Lo spettro elettromagnetico include tutte le lunghezze d’onda delle radiazioni elettromagnetiche. Le radiazioni elettromagnetiche più energetiche sono quelle con minore lunghezza d’onda.

• Raggi gamma (Sole)
• Raggi X (medicina)
• Radiazioni ultraviolette (abbronzatura)
• Luce visibile
• Radiazioni infrarosse (calore che si prova)
• Microonde (forni/utilizzate per scaldare sostanze contenenti l’acqua poiché sono facilmente assorbite da essa)
• Onde radio (segnali radio)

Diffrazione: quando un’onda incontra un ostacolo, si flette.

Natura particellare della luce

È caratterizzata dalla specifica quantità di energia trasportata da ciascun fotone. L’effetto fotoelettrico è il fenomeno per cui molti metalli emettono elettroni quando colpiti dalla luce.

• Einstein spiegò questo effetto.
• L’energia luminosa deve essere distribuita in pacchetti.
• Un pacchetto di luce è chiamato fotone o quanto di luce.
• La luce è ripartita in quanti.
• E=hv
• E= hc/λ
• Un raggio di luce non è un’onda che si propaga nello spazio, ma una pioggia di particelle (fotoni), ciascuna con un’energia pari ad hv.
• L’emissione di elettroni da parte di un metallo si verifica solo se un fotone ha un’energia (hv) sufficiente per allontanare un singolo elettrone.
• La luce a bassa frequenza non sposta elettroni dai metalli poiché ciascun suo fotone ha energia inferiore all’energia minima necessaria per allontanare un elettrone (ex. palla che rompe la finestra).
• Aumentare l’intensità della luce a bassa frequenza è come aumentare il numero di palline da ping-pong lanciate sulla finestra: aumento il numero di fotoni a bassa frequenza, ma non aumento la loro energia.
• Aumentare la frequenza della luce, anche a bassa intensità, aumenta l’energia di ogni fotone (ex. lancio una palla da basket).

Natura particellare effetto fotoelettrico → Natura ondulatoria spettroscopia atomica: lo studio della luce assorbita ed emessa dagli atomi quando un elettrone effettua una transizione da un livello di energia ad un altro.

Quando un atomo assorbe energia, la riemette sotto forma di luce. La luce emessa è composta da diverse lunghezze d’onda. È possibile separare la luce emessa da un solo elemento facendola passare attraverso un prisma. Il risultato è una serie di linee luminose chiamato spettro di emissione. Questo spettro di emissione può esser impiegato per identificare l’elemento.

Modello atomico di Bohr

• Fornisce una spiegazione agli spettri di emissione.
• Secondo il modello di Bohr, ciascuna linea dello spettro è prodotta quando un elettrone decade da un’orbita stabile (stato stazionario) ad un’altra ad energia più bassa.
• Gli elettroni si muovono attorno al nucleo seguendo orbite circolari le quali si trovano ad una determinata distanza dal nucleo.
• L’energia di queste orbite è fissa: quantizzata.
• Bohr definì queste orbite stati stazionari.
• Un elettrone orbitante attorno al nucleo in uno stato stazionario non emette radiazioni, ma queste vengono emesse quando esso transita da uno stato all'altro.