Wikibooks itwikibooks https://it.wikibooks.org/wiki/Pagina_principale MediaWiki 1.47.0-wmf.13 first-letter Media Speciale Discussione Utente Discussioni utente Wikibooks Discussioni Wikibooks File Discussioni file MediaWiki Discussioni MediaWiki Template Discussioni template Aiuto Discussioni aiuto Categoria Discussioni categoria Progetto Discussioni progetto Ripiano Discussioni ripiano TimedText TimedText talk Modulo Discussioni modulo Evento Discussioni evento 2 3183 500249 459628 2026-07-31T17:30:03Z Àncilu 48770 Errori di Lint: Parametri di "File:" inesistenti 500249 wikitext text/x-wiki <div class="toccolours itwiki_template_babelbox rad" style="border:2px solid #BAA68E"> <div class="intestazione" style="background:#F5EDE3; border:2px solid #E1D4C1; margin-bottom:.3em; font-size:150%"> <span style="color:#F63">[[Wikipedia:Babel|Babel]]</span></div><div style="margin-left:.5em; margin-top:-26px; padding:0 4px 0 4px; float:right; font-size:80%">'''<span style="color:#F93">[http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Utente:Claudio56/Babel&action=edit modifica]</span>'''</div> {{Utente it}} {{Utente en-2}} {{Utente fr-1}} </div> {|style="background:transparent" |width=50%| {{Finestra 1 |titolo=Chi sono |logo=Icona lo sapevi che.jpg|px=25 |col_testata=C2D3FD|col_corpo=FFF|col_footer=FFC253 |font_size=90 |contenuto= *Provengo da Wikipedia e voglio dare il mio modesto contributo anche in Wikibooks.Mi chiamo Claudio e ha tante passioni : prima di tutto la musica, e poi l'astronomia, il modellismo e altre. *Musica: faccio parte di un gruppo di Blues, coi quali suono il basso, ma mi diletto anche a comporre musica per conto mi, in questo caso si tratta di pop-rock e per la quale suono la chitarra. |footer=NeveFooter }} |} [[Immagine:Claudio3.jpg|thumb|IO]] {|style="background:transparent" |width=50%| {{Finestra 1 |titolo=Strumenti |logo=Icona lo sapevi che.jpg|px=25 |col_testata=C2D3FD|col_corpo=FFF|col_footer=FFC253 |font_size=90 |contenuto= *[[Utente:Claudio 56/Sandbox|Personal Sandbox]] |footer=NeveFooter }} |} ===Ecco i miei contributi del 2005:=== ====Astronomia==== *[[Archeoastronomia]]/I grandi astronomi/Edward Pickering *[[Archeoastronomia]]/Il cielo nella storia/Astronomi cinesi *[[Sistema solare]]/Pianeti/ Venere *[[Costellazioni]]/Introduzione *[[Costellazioni]]/Storia *[[Costellazioni]]/Circumpolari/Cassiopea *[[Costellazioni]]/Primaverili/Cani da caccia *[[Costellazioni]]/Australi/Croce del sud ===I miei contributi del 2006=== ====Ripiano Varie==== *[[Corso di chitarra]]/Introduzione *[[Corso di chitarra]]/Accordatura *[[Corso di chitarra]]/Esercizi *[[Corso di chitarra]]/Teoria musicale ====Ripiano Testi commmentati==== *[[Piccolo mondo antico]] Antonio Fogazzaro {{Pagina utente|nome=Claudio56}} r7x1elrhsuj784fp88uuc1saz2ywjt8 0 11022 500257 499989 2026-08-01T07:51:50Z Pasquale.Carelli 528 /* Onde radio */ semplici correzioni e link alla wikipedia 500257 wikitext text/x-wiki {{capitolo |Libro=Fisica classica |NomeLibro=Fisica classica |CapitoloPrecedente=Campi elettromagnetici nei conduttori |NomePaginaCapitoloPrecedente=Fisica_classica/Campi_elettromagnetici_nei_conduttori |CapitoloSuccessivo=La luce |NomePaginaCapitoloSuccessivo=Fisica classica/La_luce }} {{fisica classica}} [[Immagine:TheElectromagneticSpectrum.jpg|thumb|centre|800px|Spettro elettromagnetico]] Lo spettro delle onde elettromagnetiche, o semplicemente spettro, è l'intervallo di tutte le possibili radiazioni elettromagnetiche. La figura mostra l'intero intervallo di tali radiazioni, disposte dalle più brevi ed energetiche, i [[w:raggi gamma|raggi gamma]], alle più lunghe e meno energetiche, le onde radio. Secondo la descrizione quantistica della radiazione, a un'onda elettromagnetica è associato un valore preciso di energia, il quale dipende dalla frequenza di oscillazione dell'onda secondo la nota relazione di Planck: :<math>E = h \nu</math> dove <math>E</math> è l'energia, <math>h</math> è la [[w:Costante_di_Planck|costante di Planck]] e <math>\nu</math> è la frequenza dell'onda. Esiste un limite fisico teorico alle lunghezze d'onda possibili: il limite superiore è dettato dalle dimensioni dell'[[w:Universo osservabile|universo osservabile]], in quanto non possono propagarsi radiazioni con lunghezza d'onda maggiore di quest'ultimo; il limite inferiore è invece rappresentato dalla [[w:Lunghezza di Planck|lunghezza di Planck]] (<math>\ell_P \approx 1,6 \times 10^{-35}\text{ m}</math>), al di sotto della quale le attuali leggi della fisica e lo stesso concetto di spazio-tempo perdono di significato. {| align="center" border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" style="background:#FAFAFA; border:1px solid #CCC; border-collapse:collapse; text-align:center; font-family:sans-serif; font-size:90%" ! Tipo di radiazione elettromagnetica !! Frequenza !! Lunghezza d'onda |- | Onde radio (LF, MF, HF, VHF, UHF) || <math>30\text{ kHz} - 3\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ km} - 10\text{ cm}</math> |- | Microonde || <math>3\text{ GHz} - 300\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ cm} - 1\text{ mm}</math> |- | Infrarossi || <math>300\text{ GHz} - 428\text{ THz}</math> || <math>1\text{ mm} - 780\text{ nm}</math> |- | Luce visibile || <math>428\text{ THz} - 749\text{ THz}</math> || <math>780\text{ nm} - 380\text{ nm}</math> |- | Ultravioletti || <math>749\text{ THz} - 30\text{ PHz}</math> || <math>380\text{ nm} - 10\text{ nm}</math> |- | Raggi X || <math>30\text{ PHz} - 300\text{ EHz}</math> || <math>10\text{ nm} - 1\text{ pm}</math> |- | Raggi gamma || <math>> 300\text{ EHz}</math> || <math>< 1\text{ pm}</math> |} === Onde radio === [[File:Dipole xmting antenna animation 4 408x318x150ms.gif|left|thumb|upright=1.4|Animazione al rallentatore di un'antenna dipolare a mezza onda che irradia onde radio. Sono evidenziate le linee del campo elettrico. L'antenna al centro è costituita da due barre metalliche verticali a cui è applicata una corrente alternata generata da una sorgente (non mostrata). La tensione elettrica carica le due estremità dell'antenna alternativamente con polarità positiva ''(+)'' e negativa ''(−)''. Le linee chiuse del campo elettrico ''(linee nere)'' si distaccano dall'antenna e si propagano nello spazio alla velocità della luce <math>c</math>, costituendo l'onda radio.]] Le radiazioni con frequenze inferiori a <math>3\text{ GHz}</math> vengono chiamate genericamente onde radio (sebbene in senso ampio lo spettro radioelettrico si estenda fino a <math>300\text{ GHz}</math>, comprendendo le microonde). Si tratta delle frequenze storicamente impiegate nelle telecomunicazioni tradizionali, come la radiofonia e la televisione, ma ampiamente sfruttate anche nelle moderne tecnologie della telefonia mobile e dei sistemi di comunicazione senza fili. La modalità di propagazione di queste onde dipende fortemente dalla loro frequenza: Onde a frequenza più elevata, come le [[w:Very_high_frequency|VHF]] e le [[w:Ultra_high_frequency|UHF]], si propagano in linea retta e attraversano l'atmosfera con un assorbimento ridotto. Per questa ragione, la comunicazione terrestre è limitata dalla curvatura terrestre (propagazione in [[w:Linea_di_vista|linea di vista]]) ed è ideale per ponti radio locali o comunicazioni satellitari. Onde a frequenza inferiore, in particolare le [[w:Onde_corte|HF]], vengono invece riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera (la [[w:Ionosfera|ionosfera]]). Questo fenomeno di riflessione permette al segnale di superare l'orizzonte geometrico rimbalzando tra la superficie terrestre e la ionosfera, consentendo trasmissioni a lunghissima distanza o transoceaniche. Un principio fondamentale della fisica delle antenne stabilisce che le onde radio sono generate e captate in modo efficiente da [[w:Antenna|antenne]] le cui dimensioni geometriche siano dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda <math>\lambda</math> del segnale da emettere o ricevere (ad esempio, pari a <math>\lambda/2</math> o <math>\lambda/4</math>). === Microonde=== Anche se ufficialmente le microonde sono al di sopra dei 3 GHz, nel linguaggio comune frequenze superiori a 1 GHz vengono dette microonde. La differenza sostanziale tra le microonde e le onde radio è la maggior frequenza propria e quindi, un diverso meccanismo di interazione con la materia. Secondo la meccanica quantistica, infatti, onde elettromagnetiche a diversa frequenza (e quindi diversa energia), vengono assorbite eccitando diversi stati energetici del materiale attraverso cui passano. Le onde radio attraversano inalterate la maggior parte della materia perché la piccola energia da esse trasportate può eccitare soltanto gli spin nucleari, i cui stati energetici sono separati soltanto in presenza di campo magnetico. Le microonde invece eccitano gli stati rotazionali della materia: un tipico forno a microonde, che opera alla frequenza di 2.45 GHz, è in grado di fare ruotare le molecole d'acqua contenute all'interno dei cibi. Questa rotazione, smorzata dall'attrito col mezzo circostante, permette di riscaldare in modo efficiente gli alimenti. Le microonde hanno trovato come primo uso il campo militare, infatti il [[w:Radar|Radar]] è stata la prima grossa applicazione delle microonde. Non è un caso che il primo forno a microonde sia stato fabbricato nel 1947 proprio dalla Raytheon, una delle principali ditte che produce Radar. Alcune molecole atmosferiche, oltre all'acqua, possiedono frequenze di risonanza nella parte delle microonde a più alta frequenza: la propagazione delle microonde nell'atmosfera è quindi fortemente influenzata da tale fattore. Per questo gli enti che sfruttano le microonde per le telecomunicazioni civili, devono solitamente scegliere opportune frequenze dello spettro, dette "finestre", in modo che il segnale trasmesso non venga assorbito dall'atmosfera. La [[w:Microonde#Produzione|generazione di microonde]] era inizialmente ottenuta mediante [[w:Valvola_termoionica|valvole termoioniche]], tuttora utilizzati in applicazioni che richiedano elevata potenza di trasmissione. In realtà attualmente vi sono dispositivi attivi quali i [[w:magnetron|magnetron]] ed i [[w:Klystron|klystron]] che producono elevate potenze fino a frequenze di quasi 100 GHz. Inoltre per applicazioni di bassa potenza esistono vari tipi di dispositivi a stato solido. === Infrarosso === L'infrarosso trae il suo nome dal fatto che rappresenta le frequenze di valore minore a quella del rosso (ma superiore alle microonde). In realtà l'intervallo comprende radiazioni che hanno un comportamento molto differente. La parte vicina allo spettro visibile detta NIR (near infrared) ha un comportamento simile alla luce, mentre la parte bassa FIR (far infrared) ha un comportamento simile alle microonde. Mentre le microonde possono nella parte bassa dello spettro essere ancora prodotte da circuiti elettrici oscillanti, per l'infrarosso a frequenze più elevate ciò non è più possibile. L'energia trasportata dalle radiazioni infrarosse è in grado di eccitare gli stati vibrazionali della materia. Poiché questi sono particolarmente rilevanti nella materia allo stato solido, la maggior parte della radiazione infrarossa passa inalterata attraverso l'atmosfera, e soltanto una piccola parte di essa è assorbita dalle molecole atmosferiche. L'effetto serra è un caso particolare in cui la radiazione infrarossa emanata dagli oggetti al suolo, riscaldati dal sole, non riesce a sfuggire nello spazio perché vi è una concentrazione troppo elevata di determinate molecole in atmosfera, in particolare l'anidride carbonica. La sorgente più semplice e naturale di infrarossi sono i corpi caldi, infatti tutti i corpi emettono naturalmente onde elettromagnetiche con un spettro caratteristico che dipende essenzialmente dalla loro temperatura, la cosiddetta radiazione di [[w:Corpo nero|corpo nero]]. La curva di emissione a campana molto stretta che ha un'ampiezza massima ad una lunghezza d'onda: :<math>\lambda \approx \frac {2.9\cdot 10^{-3}}T\ </math> Dove <math>T\ </math> è la temperatura espressa in gradi K, mentre la lunghezza d'onda è data in m. Dalla formula appare chiaro come fino a quando le temperature sono comprese tra circa 5 K e 3000 K, tale ampiezza massima cade proprio nell'infrarosso. Infrarossi come la luce visibile possono essere prodotti ed assorbiti da fenomeni più squisitamente legati alla quantizzazione dei livelli energetici degli atomi. In genere tali fenomeni sono più caratteristici della parte dello spettro a più alta frequenza fino ai raggi X: ma alle frequenze degli infrarossi si hanno i primi salti energetici. Una particolarità degli infrarossi è che alcune sostanze che nel visibile appaiono scure come il [[w:Silicio|silicio]] o il [[w:Germanio|germanio]] sono per gran parte della banda infrarossa assolutamente trasparenti. Il coefficiente di assorbimento di tali materiali, [[w:Semiconduttore|semiconduttori]], varia di molti ordini di grandezza in un piccolissimo intervallo di frequenze che cade nella parte alta degli infrarossi, il cosiddetto vicino infrarosso (NIR). Per dare una idea 7 mm di Silicio dimezzano l'ampiezza di infrarossi di lunghezza d'onda di 1030 nm, per evere lo stesso effetto con onde di lunghezza d'onda di 826 nm sono sufficienti 0.0014 mm di Silicio, mentre a lunghezza d'onda di 620 nm (luce rossa visibile) sono sufficienti appena 70 nm di Silicio. La generazione di infrarossi nella regione NIR a spettro molto stretto viene fatta mediante dispositivi a stato solido quali i [[w:LED|LED]] ed i [[w:Laser|Laser]]. Secondo le conoscenze attuali non si conoscono effetti dannosi sul corpo umano delle radiazioni infrarossa di bassa intensità (come anche di ogni altra frequenza inferiore). L'unico effetto noto è l'assorbimento di tali radiazioni da parte di tessuti che si scaldano quindi solo grandi potenze producono effetti dannosi. Il fenomeno può avere effetti negativi per particolari organi come l'occhio: la cornea oculare è infatti un tessuto dotato di scarsissima irrorazione sanguigna. Pertanto non è in grado di dissipare efficacemente il calore che può essere trasmesso da una radiazione infrarossa ad elevata potenza come quella di un laser. L'esposizione frequente a sorgenti IR ad elevata potenza è infatti spesso correlata all'insorgenza di cataratta. === Luce visibile === La regione dello spettro con lunghezze d'onda compreso tra 760 nm, (rosso) e 380 nm (violetto) è l'unico intervallo di frequenze per cui l'occhio umano è sensibile. A radiazioni visibili di diversa lunghezza d'onda (e quindi frequenza) corrispondono tutti i diversi colori dell'arcobaleno. Vi è una quasi perfetta coincidenza tra la sensibilità dell'occhio umano e la radiazione emessa dal sole. Infatti la radiazione di corpo nero del sole è quella di un corpo alla temperatura di 5700 K, e tale temperatura ha un picco ad una lunghezza d'onda di 550 nm (il colore blu-verde dello spettro visibile). L'occhio umano ha la massima sensibilità a tale lunghezza d'onda e tale sensibilità diminuisce rapidamente sia per lunghezze d'onda più corte (violetto), sia per quelle più lunghe (rosso). La luce visibile è in grado di eccitare gli stati energetici elettronici. Se un oggetto è colorato ciò è dovuto essenzialmente al fatto che gli atomi o le molecole della superficie dell'oggetto possono assorbire una parte (certe lunghezze d'onda) della luce che li investe portando gli elettroni a livelli energetici più alti. Il colore specifico che l'oggetto assume dipende dal materiale superficiale ed è determinato dalle regole di addizione e sottrazione dei colori: è infatti la luce non assorbita che, rimbalzando sull'oggetto, arriva all'occhio umano che in seguito decodifica e assegna il colore all'oggetto. === Ultravioletto=== Nella parte successiva dello spettro vengono gli Ultravioletti indicati con l'acronimo UV. Le frequenze al di sopra del visibile manifestano molto chiaramente il carattere quantistico della radiazione elettromagnetica. La radiazione UV ha energia sufficiente a spezzare legami molecolari e ionizzare parzialmente gli atomi. Gli effetti dannosi sul corpo umano di tali radiazioni sono ben note in quanto tali radiazioni non solo provocano bruciature, ma possono causare danni irreparabili ai tessuti del corpo umano. Il sole emette, principalmente luce visibile, ma anche una certa quantità di UV. Gli UV rappresentano una percentuale minima della radiazione totale emessa dal sole; purtuttavia se non avessimo lo schermo naturale dell'atmosfera e dei gas come l'ozono, la quantità di radiazione che arriverebbe non sarebbe compatibile con la vita umana. Una parte della radiazione ultravioletta è essenziale in alcuni processi biologici, quale la produzione di Vitamina D. Inoltre viene utilizzata con successo in alcune terapie antibatteriche quali la sterilizzazione. Il coefficiente di assorbimento degli UV è molto grande per quasi tutti i materiali, ad esempio il vetro di buona qualità che è molto trasparente nel visibile negli UV è estremamente assorbente: lo spessore del parabrezza di una autovettura è sufficiente ad eliminare praticamente tutta la radiazione UV del sole. Solo il quarzo ha un coefficiente di assorbimento più piccolo per la parte dello spettro UV a più bassa frequenza. A lunghezze d'onda inferiori a 200 nm il quarzo, ma anche l'aria ( a causa dell'ossigeno presente) assorbe fortemente gli UV. Gli UV sono utilizzati molto nella microlettronica, proprio a causa della lunghezza d'onda estremamente piccola, ma trovano applicazioni anche in alcune tecniche diagnostiche. Gli UV nella parte bassa dello spettro (400-300 nm) sono prodotti mediante scariche in gas a bassa pressione in tubi di quarzo. Nella parte più alta dello spettro con tecniche simili ai raggi X. === Raggi X=== I raggi X sono stati scoperti solo alla fine del XIX secolo (differentemente dagli ultravioletti noti da un secolo prima). La ragione è che la loro produzione non è semplice. Infatti vengono principalmente prodotti bombardando dei bersagli metallici con elettroni di alta energia e quindi che viaggiano in un vuoto spinto. I raggi X prodotti dipendono sia dall'energia degli elettroni incidenti, ma anche dal bersaglio. Infatti la componente continua ha una intensità tanto maggiore quanto maggiore è il numero atomico ma l'energia dei raggi X non eccede quella degli elettroni incidenti. La componente continua è dovuta alla radiazione di decelerazione degli elettroni. Vi è inoltre una componente discreta è dovuta al fatto che nell'urto vengono strappati gli elettroni più profondi del bersaglio e nel ristabilirsi della condizione di equilibrio, transizione degli elettroni esterni nei livelli profondi liberati, vengono emessi raggi X con la frequenza corrispondente alla differenza di energia tra i due livelli. Quindi se usiamo Ferro riusciamo a produrre righe di raggi X tra 0.17 nm e 0.19 nm (4 righe), mentre se usiamo Molibdeno avremo raggi X tra 0.063 nm e 0.071 nm. Attualmente mediante radiazione di sincrotone si riescono a produrre con notevole intensità e controllabilità sia raggi X che radiazione UV. L'utilizzazione più importanti dei Raggi X, fin dalla loro scoperta, sono state in radiografia e cristallografia. In radiografia si sfrutta l'assorbimento diverso dei vari tessuti profondi del corpo umano. In cristallografia si sfrutta il fatto che i raggi X hanno una lunghezza d'onda paragonabile alla distanza tra gli atomi di un reticolo cristallino, e quindi l'immagine di diffrazione permette di conoscere la struttura atomica dei solidi. Il corpo umano è abbastanza trasparente ai raggi X, pur tuttavia nell'attraversare il corpo umano ionizzano gli atomi presenti danneggiando in maniera irreversibile anche i tessuti profondi. Sono quindi classificati tra le radiazioni ionizzanti dannose all'organismo. Il danno provocato dai raggi X è peggiore di quello degli UV in quanto agisce a maggiore profondità e i raggi X hanno una energia per fotone maggiore. Schermi metallici spessi sono una buona protezione per radiazioni di tale tipo. === Raggi gamma=== I raggi gamma rappresentano le lunghezze d'onda più brevi dello spettro delle onde elettromagnetiche. I raggi gamma sono prodotti da reazioni che avvengono all'interno del nucleo atomico. Vi è una parziale sovrapposizione tra raggi gamma e raggi X: in quanto i livelli energetici degli elettroni di atomi di grande numero atomico possono eccedere l'energie atomiche. Il potere penetrante dei raggi gamma è in genere molto maggiore di quello dei raggi X. Per questo per la protezione di tali radiazione si usano materiali ad alto peso atomico (tipo il piombo), tanto per dare una idea se 1 cm di Piombo dimezza i raggi gamma è necessario uno spessore di 6 cm di cemento per produrre lo stesso effetto. I raggi gamma vengono prodotti nel decadimento di isotopi radioattivi, non esistono altri metodi sulla terra per produrre tali radiazioni. Gli effetti sulla materia vivente dei raggi gamma sono molto peggiori dei raggi X a parità di intensità a causa della maggiore energia dei fotoni. Infatti la perdita di energia dei raggi gamma può avvenire in maniera più distruttiva per i tessuti che la semplice ionizzazione. Possono prodursi isotopi radioattivi, coppie di particelle ed elettroni secondari energetici mediante effetto Compton. [[Categoria:Fisica classica|Spettro delle onde elettromagnetiche]] reyah1n41f6555thtxkuvlahnbt7x1o 500258 500257 2026-08-01T08:24:21Z Pasquale.Carelli 528 /* Microonde */ aggiunti link e corrette imprecisioni 500258 wikitext text/x-wiki {{capitolo |Libro=Fisica classica |NomeLibro=Fisica classica |CapitoloPrecedente=Campi elettromagnetici nei conduttori |NomePaginaCapitoloPrecedente=Fisica_classica/Campi_elettromagnetici_nei_conduttori |CapitoloSuccessivo=La luce |NomePaginaCapitoloSuccessivo=Fisica classica/La_luce }} {{fisica classica}} [[Immagine:TheElectromagneticSpectrum.jpg|thumb|centre|800px|Spettro elettromagnetico]] Lo spettro delle onde elettromagnetiche, o semplicemente spettro, è l'intervallo di tutte le possibili radiazioni elettromagnetiche. La figura mostra l'intero intervallo di tali radiazioni, disposte dalle più brevi ed energetiche, i [[w:raggi gamma|raggi gamma]], alle più lunghe e meno energetiche, le onde radio. Secondo la descrizione quantistica della radiazione, a un'onda elettromagnetica è associato un valore preciso di energia, il quale dipende dalla frequenza di oscillazione dell'onda secondo la nota relazione di Planck: :<math>E = h \nu</math> dove <math>E</math> è l'energia, <math>h</math> è la [[w:Costante_di_Planck|costante di Planck]] e <math>\nu</math> è la frequenza dell'onda. Esiste un limite fisico teorico alle lunghezze d'onda possibili: il limite superiore è dettato dalle dimensioni dell'[[w:Universo osservabile|universo osservabile]], in quanto non possono propagarsi radiazioni con lunghezza d'onda maggiore di quest'ultimo; il limite inferiore è invece rappresentato dalla [[w:Lunghezza di Planck|lunghezza di Planck]] (<math>\ell_P \approx 1,6 \times 10^{-35}\text{ m}</math>), al di sotto della quale le attuali leggi della fisica e lo stesso concetto di spazio-tempo perdono di significato. {| align="center" border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" style="background:#FAFAFA; border:1px solid #CCC; border-collapse:collapse; text-align:center; font-family:sans-serif; font-size:90%" ! Tipo di radiazione elettromagnetica !! Frequenza !! Lunghezza d'onda |- | Onde radio (LF, MF, HF, VHF, UHF) || <math>30\text{ kHz} - 3\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ km} - 10\text{ cm}</math> |- | Microonde || <math>3\text{ GHz} - 300\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ cm} - 1\text{ mm}</math> |- | Infrarossi || <math>300\text{ GHz} - 428\text{ THz}</math> || <math>1\text{ mm} - 780\text{ nm}</math> |- | Luce visibile || <math>428\text{ THz} - 749\text{ THz}</math> || <math>780\text{ nm} - 380\text{ nm}</math> |- | Ultravioletti || <math>749\text{ THz} - 30\text{ PHz}</math> || <math>380\text{ nm} - 10\text{ nm}</math> |- | Raggi X || <math>30\text{ PHz} - 300\text{ EHz}</math> || <math>10\text{ nm} - 1\text{ pm}</math> |- | Raggi gamma || <math>> 300\text{ EHz}</math> || <math>< 1\text{ pm}</math> |} === Onde radio === [[File:Dipole xmting antenna animation 4 408x318x150ms.gif|left|thumb|upright=1.4|Animazione al rallentatore di un'antenna dipolare a mezza onda che irradia onde radio. Sono evidenziate le linee del campo elettrico. L'antenna al centro è costituita da due barre metalliche verticali a cui è applicata una corrente alternata generata da una sorgente (non mostrata). La tensione elettrica carica le due estremità dell'antenna alternativamente con polarità positiva ''(+)'' e negativa ''(−)''. Le linee chiuse del campo elettrico ''(linee nere)'' si distaccano dall'antenna e si propagano nello spazio alla velocità della luce <math>c</math>, costituendo l'onda radio.]] Le radiazioni con frequenze inferiori a <math>3\text{ GHz}</math> vengono chiamate genericamente onde radio (sebbene in senso ampio lo spettro radioelettrico si estenda fino a <math>300\text{ GHz}</math>, comprendendo le microonde). Si tratta delle frequenze storicamente impiegate nelle telecomunicazioni tradizionali, come la radiofonia e la televisione, ma ampiamente sfruttate anche nelle moderne tecnologie della telefonia mobile e dei sistemi di comunicazione senza fili. La modalità di propagazione di queste onde dipende fortemente dalla loro frequenza: Onde a frequenza più elevata, come le [[w:Very_high_frequency|VHF]] e le [[w:Ultra_high_frequency|UHF]], si propagano in linea retta e attraversano l'atmosfera con un assorbimento ridotto. Per questa ragione, la comunicazione terrestre è limitata dalla curvatura terrestre (propagazione in [[w:Linea_di_vista|linea di vista]]) ed è ideale per ponti radio locali o comunicazioni satellitari. Onde a frequenza inferiore, in particolare le [[w:Onde_corte|HF]], vengono invece riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera (la [[w:Ionosfera|ionosfera]]). Questo fenomeno di riflessione permette al segnale di superare l'orizzonte geometrico rimbalzando tra la superficie terrestre e la ionosfera, consentendo trasmissioni a lunghissima distanza o transoceaniche. Un principio fondamentale della fisica delle antenne stabilisce che le onde radio sono generate e captate in modo efficiente da [[w:Antenna|antenne]] le cui dimensioni geometriche siano dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda <math>\lambda</math> del segnale da emettere o ricevere (ad esempio, pari a <math>\lambda/2</math> o <math>\lambda/4</math>). == [[w:Microonde|Microonde]]== Sebbene le definizioni ufficiali dell'[[w:Unione internazionale delle telecomunicazioni|ITU]] collochino le microonde al di sopra dei <math>3\text{ GHz}</math>, nel linguaggio comune ed elettrotecnico si considerano spesso appartenenti a questo intervallo le frequenze superiori a <math>1\text{ GHz}</math> (corrispondenti a lunghezze d'onda inferiori a <math>30\text{ cm}</math>). Secondo la meccanica quantistica, la radiazione elettromagnetica viene assorbita dai materiali eccitando specifici stati energetici: * Stati rotazionali molecolari: le microonde possiedono quanti di energia ideali per interagire con i livelli rotazionali delle molecole polari (come l'acqua, l'ammoniaca e vari grassi). * Riscaldamento dielettrico: in un forno a microonde (operante convenzionalmente a <math>2{,}45\text{ GHz}</math>), il campo elettrico alternato forza i dipoli elettrici delle molecole d'acqua a riorientarsi continuamente. Questa rotazione ostacolata, detta ''rilassamento dipolare'', dissipa energia sotto forma di calore per attrito intermolecolare. La frequenza di <math>2{,}45\text{ GHz}</math> è opportunamente scelta fuori dalla risonanza pura dell'acqua per garantire che l'onda penetri per diversi centimetri all'interno dell'alimento prima di essere completamente attenuata. Storicamente, le microonde hanno trovato il loro primo importante sviluppo in ambito militare durante la Seconda Guerra Mondiale per la realizzazione dei sistemi [[w:Radar|RADAR]]. Non è un caso che il primo forno a microonde sia stato brevettato nel 1947 da Percy Spencer durante la sua ricerca sui magnetron presso la [[w:Raytheon|Raytheon]], una delle principali aziende produttrici di apparati radar. L'atmosfera terrestre presenta marcate bande di assorbimento nelle microonde dovute alla presenza di molecole d'acqua e ossigeno, che possiedono frequenze di risonanza a valori specifici (ad esempio intorno a <math>22\text{ GHz}</math> per il vapore acqueo e <math>60\text{ GHz}</math> per l'ossigeno). Di conseguenza, i sistemi di telecomunicazione satellitari e i ponti radio terrestri devono sfruttare opportune ''finestre atmosferiche'' a bassa attenuazione per evitare la degradazione del segnale. La [[w:Microonde#Produzione|generazione delle microonde]] ad alta potenza è storicamente affidata a particolari [[w:Valvola termoionica|valvole termoioniche]] a vuoto specifico, quali il [[w:Magnetron|magnetron]] (utilizzato sia nei radar che nei forni domestici), il [[w:Klystron|klystron]] e il [[w:Travelling_wave_tube|tubo a onda progressiva]] (TWT), in grado di erogare elevate potenze fino a frequenze prossime ai <math>100\text{ GHz}</math>. Per applicazioni a bassa potenza o ad alta frequenza (come la telefonia mobile, i moduli Wi-Fi e le antenne phased-array), si impiegano invece dispositivi a stato solido ad alta mobilità elettronica [quali [[w:Diodo_Gunn|diodi Gunn]], [[w:HEMT|HEMT]] e transistor ad [[w:Arseniuro_di_gallio|arseniuro di gallio]] (GaAs) o [[w:Nitruro_di_gallio|nitruro di gallio]] (GaN)]. === Infrarosso === L'infrarosso trae il suo nome dal fatto che rappresenta le frequenze di valore minore a quella del rosso (ma superiore alle microonde). In realtà l'intervallo comprende radiazioni che hanno un comportamento molto differente. La parte vicina allo spettro visibile detta NIR (near infrared) ha un comportamento simile alla luce, mentre la parte bassa FIR (far infrared) ha un comportamento simile alle microonde. Mentre le microonde possono nella parte bassa dello spettro essere ancora prodotte da circuiti elettrici oscillanti, per l'infrarosso a frequenze più elevate ciò non è più possibile. L'energia trasportata dalle radiazioni infrarosse è in grado di eccitare gli stati vibrazionali della materia. Poiché questi sono particolarmente rilevanti nella materia allo stato solido, la maggior parte della radiazione infrarossa passa inalterata attraverso l'atmosfera, e soltanto una piccola parte di essa è assorbita dalle molecole atmosferiche. L'effetto serra è un caso particolare in cui la radiazione infrarossa emanata dagli oggetti al suolo, riscaldati dal sole, non riesce a sfuggire nello spazio perché vi è una concentrazione troppo elevata di determinate molecole in atmosfera, in particolare l'anidride carbonica. La sorgente più semplice e naturale di infrarossi sono i corpi caldi, infatti tutti i corpi emettono naturalmente onde elettromagnetiche con un spettro caratteristico che dipende essenzialmente dalla loro temperatura, la cosiddetta radiazione di [[w:Corpo nero|corpo nero]]. La curva di emissione a campana molto stretta che ha un'ampiezza massima ad una lunghezza d'onda: :<math>\lambda \approx \frac {2.9\cdot 10^{-3}}T\ </math> Dove <math>T\ </math> è la temperatura espressa in gradi K, mentre la lunghezza d'onda è data in m. Dalla formula appare chiaro come fino a quando le temperature sono comprese tra circa 5 K e 3000 K, tale ampiezza massima cade proprio nell'infrarosso. Infrarossi come la luce visibile possono essere prodotti ed assorbiti da fenomeni più squisitamente legati alla quantizzazione dei livelli energetici degli atomi. In genere tali fenomeni sono più caratteristici della parte dello spettro a più alta frequenza fino ai raggi X: ma alle frequenze degli infrarossi si hanno i primi salti energetici. Una particolarità degli infrarossi è che alcune sostanze che nel visibile appaiono scure come il [[w:Silicio|silicio]] o il [[w:Germanio|germanio]] sono per gran parte della banda infrarossa assolutamente trasparenti. Il coefficiente di assorbimento di tali materiali, [[w:Semiconduttore|semiconduttori]], varia di molti ordini di grandezza in un piccolissimo intervallo di frequenze che cade nella parte alta degli infrarossi, il cosiddetto vicino infrarosso (NIR). Per dare una idea 7 mm di Silicio dimezzano l'ampiezza di infrarossi di lunghezza d'onda di 1030 nm, per evere lo stesso effetto con onde di lunghezza d'onda di 826 nm sono sufficienti 0.0014 mm di Silicio, mentre a lunghezza d'onda di 620 nm (luce rossa visibile) sono sufficienti appena 70 nm di Silicio. La generazione di infrarossi nella regione NIR a spettro molto stretto viene fatta mediante dispositivi a stato solido quali i [[w:LED|LED]] ed i [[w:Laser|Laser]]. Secondo le conoscenze attuali non si conoscono effetti dannosi sul corpo umano delle radiazioni infrarossa di bassa intensità (come anche di ogni altra frequenza inferiore). L'unico effetto noto è l'assorbimento di tali radiazioni da parte di tessuti che si scaldano quindi solo grandi potenze producono effetti dannosi. Il fenomeno può avere effetti negativi per particolari organi come l'occhio: la cornea oculare è infatti un tessuto dotato di scarsissima irrorazione sanguigna. Pertanto non è in grado di dissipare efficacemente il calore che può essere trasmesso da una radiazione infrarossa ad elevata potenza come quella di un laser. L'esposizione frequente a sorgenti IR ad elevata potenza è infatti spesso correlata all'insorgenza di cataratta. === Luce visibile === La regione dello spettro con lunghezze d'onda compreso tra 760 nm, (rosso) e 380 nm (violetto) è l'unico intervallo di frequenze per cui l'occhio umano è sensibile. A radiazioni visibili di diversa lunghezza d'onda (e quindi frequenza) corrispondono tutti i diversi colori dell'arcobaleno. Vi è una quasi perfetta coincidenza tra la sensibilità dell'occhio umano e la radiazione emessa dal sole. Infatti la radiazione di corpo nero del sole è quella di un corpo alla temperatura di 5700 K, e tale temperatura ha un picco ad una lunghezza d'onda di 550 nm (il colore blu-verde dello spettro visibile). L'occhio umano ha la massima sensibilità a tale lunghezza d'onda e tale sensibilità diminuisce rapidamente sia per lunghezze d'onda più corte (violetto), sia per quelle più lunghe (rosso). La luce visibile è in grado di eccitare gli stati energetici elettronici. Se un oggetto è colorato ciò è dovuto essenzialmente al fatto che gli atomi o le molecole della superficie dell'oggetto possono assorbire una parte (certe lunghezze d'onda) della luce che li investe portando gli elettroni a livelli energetici più alti. Il colore specifico che l'oggetto assume dipende dal materiale superficiale ed è determinato dalle regole di addizione e sottrazione dei colori: è infatti la luce non assorbita che, rimbalzando sull'oggetto, arriva all'occhio umano che in seguito decodifica e assegna il colore all'oggetto. === Ultravioletto=== Nella parte successiva dello spettro vengono gli Ultravioletti indicati con l'acronimo UV. Le frequenze al di sopra del visibile manifestano molto chiaramente il carattere quantistico della radiazione elettromagnetica. La radiazione UV ha energia sufficiente a spezzare legami molecolari e ionizzare parzialmente gli atomi. Gli effetti dannosi sul corpo umano di tali radiazioni sono ben note in quanto tali radiazioni non solo provocano bruciature, ma possono causare danni irreparabili ai tessuti del corpo umano. Il sole emette, principalmente luce visibile, ma anche una certa quantità di UV. Gli UV rappresentano una percentuale minima della radiazione totale emessa dal sole; purtuttavia se non avessimo lo schermo naturale dell'atmosfera e dei gas come l'ozono, la quantità di radiazione che arriverebbe non sarebbe compatibile con la vita umana. Una parte della radiazione ultravioletta è essenziale in alcuni processi biologici, quale la produzione di Vitamina D. Inoltre viene utilizzata con successo in alcune terapie antibatteriche quali la sterilizzazione. Il coefficiente di assorbimento degli UV è molto grande per quasi tutti i materiali, ad esempio il vetro di buona qualità che è molto trasparente nel visibile negli UV è estremamente assorbente: lo spessore del parabrezza di una autovettura è sufficiente ad eliminare praticamente tutta la radiazione UV del sole. Solo il quarzo ha un coefficiente di assorbimento più piccolo per la parte dello spettro UV a più bassa frequenza. A lunghezze d'onda inferiori a 200 nm il quarzo, ma anche l'aria ( a causa dell'ossigeno presente) assorbe fortemente gli UV. Gli UV sono utilizzati molto nella microlettronica, proprio a causa della lunghezza d'onda estremamente piccola, ma trovano applicazioni anche in alcune tecniche diagnostiche. Gli UV nella parte bassa dello spettro (400-300 nm) sono prodotti mediante scariche in gas a bassa pressione in tubi di quarzo. Nella parte più alta dello spettro con tecniche simili ai raggi X. === Raggi X=== I raggi X sono stati scoperti solo alla fine del XIX secolo (differentemente dagli ultravioletti noti da un secolo prima). La ragione è che la loro produzione non è semplice. Infatti vengono principalmente prodotti bombardando dei bersagli metallici con elettroni di alta energia e quindi che viaggiano in un vuoto spinto. I raggi X prodotti dipendono sia dall'energia degli elettroni incidenti, ma anche dal bersaglio. Infatti la componente continua ha una intensità tanto maggiore quanto maggiore è il numero atomico ma l'energia dei raggi X non eccede quella degli elettroni incidenti. La componente continua è dovuta alla radiazione di decelerazione degli elettroni. Vi è inoltre una componente discreta è dovuta al fatto che nell'urto vengono strappati gli elettroni più profondi del bersaglio e nel ristabilirsi della condizione di equilibrio, transizione degli elettroni esterni nei livelli profondi liberati, vengono emessi raggi X con la frequenza corrispondente alla differenza di energia tra i due livelli. Quindi se usiamo Ferro riusciamo a produrre righe di raggi X tra 0.17 nm e 0.19 nm (4 righe), mentre se usiamo Molibdeno avremo raggi X tra 0.063 nm e 0.071 nm. Attualmente mediante radiazione di sincrotone si riescono a produrre con notevole intensità e controllabilità sia raggi X che radiazione UV. L'utilizzazione più importanti dei Raggi X, fin dalla loro scoperta, sono state in radiografia e cristallografia. In radiografia si sfrutta l'assorbimento diverso dei vari tessuti profondi del corpo umano. In cristallografia si sfrutta il fatto che i raggi X hanno una lunghezza d'onda paragonabile alla distanza tra gli atomi di un reticolo cristallino, e quindi l'immagine di diffrazione permette di conoscere la struttura atomica dei solidi. Il corpo umano è abbastanza trasparente ai raggi X, pur tuttavia nell'attraversare il corpo umano ionizzano gli atomi presenti danneggiando in maniera irreversibile anche i tessuti profondi. Sono quindi classificati tra le radiazioni ionizzanti dannose all'organismo. Il danno provocato dai raggi X è peggiore di quello degli UV in quanto agisce a maggiore profondità e i raggi X hanno una energia per fotone maggiore. Schermi metallici spessi sono una buona protezione per radiazioni di tale tipo. === Raggi gamma=== I raggi gamma rappresentano le lunghezze d'onda più brevi dello spettro delle onde elettromagnetiche. I raggi gamma sono prodotti da reazioni che avvengono all'interno del nucleo atomico. Vi è una parziale sovrapposizione tra raggi gamma e raggi X: in quanto i livelli energetici degli elettroni di atomi di grande numero atomico possono eccedere l'energie atomiche. Il potere penetrante dei raggi gamma è in genere molto maggiore di quello dei raggi X. Per questo per la protezione di tali radiazione si usano materiali ad alto peso atomico (tipo il piombo), tanto per dare una idea se 1 cm di Piombo dimezza i raggi gamma è necessario uno spessore di 6 cm di cemento per produrre lo stesso effetto. I raggi gamma vengono prodotti nel decadimento di isotopi radioattivi, non esistono altri metodi sulla terra per produrre tali radiazioni. Gli effetti sulla materia vivente dei raggi gamma sono molto peggiori dei raggi X a parità di intensità a causa della maggiore energia dei fotoni. Infatti la perdita di energia dei raggi gamma può avvenire in maniera più distruttiva per i tessuti che la semplice ionizzazione. Possono prodursi isotopi radioattivi, coppie di particelle ed elettroni secondari energetici mediante effetto Compton. [[Categoria:Fisica classica|Spettro delle onde elettromagnetiche]] jjr9iz0bo37irm9ju83moei3io2gpj9 500259 500258 2026-08-01T09:34:48Z Pasquale.Carelli 528 piccole correzioni a infrarosso, visibile e ultravioletto 500259 wikitext text/x-wiki {{capitolo |Libro=Fisica classica |NomeLibro=Fisica classica |CapitoloPrecedente=Campi elettromagnetici nei conduttori |NomePaginaCapitoloPrecedente=Fisica_classica/Campi_elettromagnetici_nei_conduttori |CapitoloSuccessivo=La luce |NomePaginaCapitoloSuccessivo=Fisica classica/La_luce }} {{fisica classica}} [[Immagine:TheElectromagneticSpectrum.jpg|thumb|centre|800px|Spettro elettromagnetico]] Lo spettro delle onde elettromagnetiche, o semplicemente spettro, è l'intervallo di tutte le possibili radiazioni elettromagnetiche. La figura mostra l'intero intervallo di tali radiazioni, disposte dalle più brevi ed energetiche, i [[w:raggi gamma|raggi gamma]], alle più lunghe e meno energetiche, le onde radio. Secondo la descrizione quantistica della radiazione, a un'onda elettromagnetica è associato un valore preciso di energia, il quale dipende dalla frequenza di oscillazione dell'onda secondo la nota relazione di Planck: :<math>E = h \nu</math> dove <math>E</math> è l'energia, <math>h</math> è la [[w:Costante_di_Planck|costante di Planck]] e <math>\nu</math> è la frequenza dell'onda. Esiste un limite fisico teorico alle lunghezze d'onda possibili: il limite superiore è dettato dalle dimensioni dell'[[w:Universo osservabile|universo osservabile]], in quanto non possono propagarsi radiazioni con lunghezza d'onda maggiore di quest'ultimo; il limite inferiore è invece rappresentato dalla [[w:Lunghezza di Planck|lunghezza di Planck]] (<math>\ell_P \approx 1,6 \times 10^{-35}\text{ m}</math>), al di sotto della quale le attuali leggi della fisica e lo stesso concetto di spazio-tempo perdono di significato. {| align="center" border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" style="background:#FAFAFA; border:1px solid #CCC; border-collapse:collapse; text-align:center; font-family:sans-serif; font-size:90%" ! Tipo di radiazione elettromagnetica !! Frequenza !! Lunghezza d'onda |- | Onde radio (LF, MF, HF, VHF, UHF) || <math>30\text{ kHz} - 3\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ km} - 10\text{ cm}</math> |- | Microonde || <math>3\text{ GHz} - 300\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ cm} - 1\text{ mm}</math> |- | Infrarossi || <math>300\text{ GHz} - 428\text{ THz}</math> || <math>1\text{ mm} - 780\text{ nm}</math> |- | Luce visibile || <math>428\text{ THz} - 749\text{ THz}</math> || <math>780\text{ nm} - 380\text{ nm}</math> |- | Ultravioletti || <math>749\text{ THz} - 30\text{ PHz}</math> || <math>380\text{ nm} - 10\text{ nm}</math> |- | Raggi X || <math>30\text{ PHz} - 300\text{ EHz}</math> || <math>10\text{ nm} - 1\text{ pm}</math> |- | Raggi gamma || <math>> 300\text{ EHz}</math> || <math>< 1\text{ pm}</math> |} == [[w:Onde_radio|Onde radio]] == [[File:Dipole xmting antenna animation 4 408x318x150ms.gif|left|thumb|upright=1.4|Animazione al rallentatore di un'antenna dipolare a mezza onda che irradia onde radio. Sono evidenziate le linee del campo elettrico. L'antenna al centro è costituita da due barre metalliche verticali a cui è applicata una corrente alternata generata da una sorgente (non mostrata). La tensione elettrica carica le due estremità dell'antenna alternativamente con polarità positiva ''(+)'' e negativa ''(−)''. Le linee chiuse del campo elettrico ''(linee nere)'' si distaccano dall'antenna e si propagano nello spazio alla velocità della luce <math>c</math>, costituendo l'onda radio.]] Le radiazioni con frequenze inferiori a <math>3\text{ GHz}</math> vengono chiamate genericamente onde radio (sebbene in senso ampio lo spettro radioelettrico si estenda fino a <math>300\text{ GHz}</math>, comprendendo le microonde). Si tratta delle frequenze storicamente impiegate nelle telecomunicazioni tradizionali, come la radiofonia e la televisione, ma ampiamente sfruttate anche nelle moderne tecnologie della telefonia mobile e dei sistemi di comunicazione senza fili. La modalità di propagazione di queste onde dipende fortemente dalla loro frequenza: Onde a frequenza più elevata, come le [[w:Very_high_frequency|VHF]] e le [[w:Ultra_high_frequency|UHF]], si propagano in linea retta e attraversano l'atmosfera con un assorbimento ridotto. Per questa ragione, la comunicazione terrestre è limitata dalla curvatura terrestre (propagazione in [[w:Linea_di_vista|linea di vista]]) ed è ideale per ponti radio locali o comunicazioni satellitari. Onde a frequenza inferiore, in particolare le [[w:Onde_corte|HF]], vengono invece riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera (la [[w:Ionosfera|ionosfera]]). Questo fenomeno di riflessione permette al segnale di superare l'orizzonte geometrico rimbalzando tra la superficie terrestre e la ionosfera, consentendo trasmissioni a lunghissima distanza o transoceaniche. Un principio fondamentale della fisica delle antenne stabilisce che le onde radio sono generate e captate in modo efficiente da [[w:Antenna|antenne]] le cui dimensioni geometriche siano dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda <math>\lambda</math> del segnale da emettere o ricevere (ad esempio, pari a <math>\lambda/2</math> o <math>\lambda/4</math>). == [[w:Microonde|Microonde]]== Sebbene le definizioni ufficiali dell'[[w:Unione internazionale delle telecomunicazioni|ITU]] collochino le microonde al di sopra dei <math>3\text{ GHz}</math>, nel linguaggio comune ed elettrotecnico si considerano spesso appartenenti a questo intervallo le frequenze superiori a <math>1\text{ GHz}</math> (corrispondenti a lunghezze d'onda inferiori a <math>30\text{ cm}</math>). Secondo la meccanica quantistica, la radiazione elettromagnetica viene assorbita dai materiali eccitando specifici stati energetici: * Stati rotazionali molecolari: le microonde possiedono quanti di energia ideali per interagire con i livelli rotazionali delle molecole polari (come l'acqua, l'ammoniaca e vari grassi). * Riscaldamento dielettrico: in un forno a microonde (operante convenzionalmente a <math>2{,}45\text{ GHz}</math>), il campo elettrico alternato forza i dipoli elettrici delle molecole d'acqua a riorientarsi continuamente. Questa rotazione ostacolata, detta ''rilassamento dipolare'', dissipa energia sotto forma di calore per attrito intermolecolare. La frequenza di <math>2{,}45\text{ GHz}</math> è opportunamente scelta fuori dalla risonanza pura dell'acqua per garantire che l'onda penetri per diversi centimetri all'interno dell'alimento prima di essere completamente attenuata. Storicamente, le microonde hanno trovato il loro primo importante sviluppo in ambito militare durante la Seconda Guerra Mondiale per la realizzazione dei sistemi [[w:Radar|RADAR]]. Non è un caso che il primo forno a microonde sia stato brevettato nel 1947 da Percy Spencer durante la sua ricerca sui magnetron presso la [[w:Raytheon|Raytheon]], una delle principali aziende produttrici di apparati radar. L'atmosfera terrestre presenta marcate bande di assorbimento nelle microonde dovute alla presenza di molecole d'acqua e ossigeno, che possiedono frequenze di risonanza a valori specifici (ad esempio intorno a <math>22\text{ GHz}</math> per il vapore acqueo e <math>60\text{ GHz}</math> per l'ossigeno). Di conseguenza, i sistemi di telecomunicazione satellitari e i ponti radio terrestri devono sfruttare opportune ''finestre atmosferiche'' a bassa attenuazione per evitare la degradazione del segnale. La [[w:Microonde#Produzione|generazione delle microonde]] ad alta potenza è storicamente affidata a particolari [[w:Valvola termoionica|valvole termoioniche]] a vuoto specifico, quali il [[w:Magnetron|magnetron]] (utilizzato sia nei radar che nei forni domestici), il [[w:Klystron|klystron]] e il [[w:Travelling_wave_tube|tubo a onda progressiva]] (TWT), in grado di erogare elevate potenze fino a frequenze prossime ai <math>100\text{ GHz}</math>. Per applicazioni a bassa potenza o ad alta frequenza (come la telefonia mobile, i moduli Wi-Fi e le antenne phased-array), si impiegano invece dispositivi a stato solido ad alta mobilità elettronica [quali [[w:Diodo_Gunn|diodi Gunn]], [[w:HEMT|HEMT]] e transistor ad [[w:Arseniuro_di_gallio|arseniuro di gallio]] (GaAs) o [[w:Nitruro_di_gallio|nitruro di gallio]] (GaN)]. == [[w:Radiazione_infrarossa|Infrarosso]] == L'infrarosso trae il suo nome dal fatto che rappresenta le frequenze di valore minore a quella del rosso (ma superiore alle microonde). In realtà l'intervallo comprende radiazioni che hanno un comportamento molto differente. La parte vicina allo spettro visibile detta NIR (near infrared) ha un comportamento simile alla luce, mentre la parte bassa FIR (far infrared) ha un comportamento simile alle microonde. Mentre le microonde possono nella parte bassa dello spettro essere ancora prodotte da circuiti elettrici oscillanti, per l'infrarosso a frequenze più elevate ciò non è più possibile. L'energia trasportata dalle radiazioni infrarosse è in grado di eccitare gli stati vibrazionali della materia. Poiché questi sono particolarmente rilevanti nella materia allo stato solido. L'atmosfera terrestre assorbe ed emette fortemente nel lontano e medio infrarosso (FIR/MIR) a causa dei moti vibro-rotazionali di molecole polari e triatomiche (<math>H_2O</math>, <math>CO_2</math>, <math>CH_4</math>, <math>O_3</math>). Sono proprio questi assorbimenti che generano l'[[w:Effetto_serra|effetto serra]] naturale. L'atmosfera è trasparente solo in specifiche ''finestre IR'' (es. tra <math>8\text{ }\mu\text{m}</math> e <math>14\text{ }\mu\text{m}</math>). La sorgente più semplice e naturale di infrarossi sono i corpi caldi, infatti tutti i corpi emettono naturalmente onde elettromagnetiche con un spettro caratteristico che dipende essenzialmente dalla loro temperatura, la cosiddetta radiazione di [[w:Corpo nero|corpo nero]]. La curva di emissione è fortemente asimmetrica ed è descritta dalla legge di Planck. La lunghezza d'onda massima è legata alla temperatura dalla [[w:Legge_di_Wien!legge di Wien]]: :<math>\lambda_{max} T\approx \frac {2.898\cdot 10^{-3}} m\cdot K </math> Dove <math>T\ </math> è la [[w:Temperatura_assoluta|temperatura assoluta]], mentre la lunghezza d'onda è data in metri. Dalla formula appare chiaro come fino a quando le temperature sono comprese tra circa 3 K e 3000 K, tale ampiezza massima cade proprio nell'infrarosso. Infrarossi come la luce visibile possono essere prodotti ed assorbiti da fenomeni più squisitamente legati alla quantizzazione dei livelli energetici degli atomi. In genere tali fenomeni sono più caratteristici della parte dello spettro a più alta frequenza fino ai raggi X: ma alle frequenze degli infrarossi si hanno i primi salti energetici. Una particolarità degli infrarossi è che alcune sostanze che nel visibile appaiono scure come il [[w:Silicio|silicio]] o il [[w:Germanio|germanio]] sono per gran parte della banda infrarossa assolutamente trasparenti. Il coefficiente di assorbimento di tali materiali, [[w:Semiconduttore|semiconduttori]], varia di molti ordini di grandezza in un piccolissimo intervallo di frequenze che cade nella parte alta degli infrarossi, il cosiddetto vicino infrarosso (NIR). Per dare una idea 7 mm di Silicio dimezzano l'ampiezza di infrarossi di lunghezza d'onda di 1030 nm, per evere lo stesso effetto con onde di lunghezza d'onda di 826 nm sono sufficienti 0.0014 mm di Silicio, mentre a lunghezza d'onda di 620 nm (luce rossa visibile) sono sufficienti appena 70 nm di Silicio. La ragione di questo comportamento del silicio è dovuta al fatto che se l'energia del fotone IR è inferiore al bandgap (<math>E_g \approx 1{,}11\text{ eV}</math> per il silicio a temperatura ambiente, corrispondente a una lunghezza d'onda di soglia <math>\lambda_g \approx 1100\text{ nm}</math>). I fotoni con <math>\lambda > 1100\text{ nm}</math> non hanno energia sufficiente per promuovere un elettrone dalla banda di valenza a quella di conduzione, rendendo il silicio trasparente. La generazione di infrarossi nella regione NIR a spettro molto stretto viene fatta mediante dispositivi a stato solido quali i [[w:LED|LED]] ed i [[w:Laser|Laser]]. Secondo le conoscenze attuali non si conoscono effetti dannosi sul corpo umano delle radiazioni infrarossa di bassa intensità (come anche di ogni altra frequenza inferiore). L'unico effetto noto è l'assorbimento di tali radiazioni da parte di tessuti che si scaldano, quindi solo grandi potenze producono effetti dannosi. Il fenomeno può avere effetti negativi per particolari organi come l'occhio: la cornea oculare è infatti un tessuto dotato di scarsissima irrorazione sanguigna. Pertanto non è in grado di dissipare efficacemente il calore che può essere trasmesso da una radiazione infrarossa ad elevata potenza come quella di un laser. L'esposizione frequente a sorgenti IR ad elevata potenza è infatti spesso correlata all'insorgenza della cataratta. == Luce visibile == La regione dello spettro con lunghezze d'onda compreso tra 760 nm, (rosso) e 380 nm (violetto) è l'unico intervallo di frequenze per cui l'occhio umano è sensibile. A radiazioni visibili di diversa lunghezza d'onda (e quindi frequenza) corrispondono tutti i diversi colori dell'arcobaleno. Vi è una notevole corrispondenza tra la sensibilità dell'occhio umano e la radiazione emessa dal Sole. Approssimando il Sole a un corpo nero alla temperatura superficiale di circa 5700 K, la legge di spostamento di Wien (<math>\lambda_{max} = b/T</math>, con <math>b \approx 2{,}898 \times 10^{-3}\ \text{m·K}</math>) fornisce un picco di emissione attorno ai 500 nm, nella regione verde-blu dello spettro visibile. L'occhio umano, a sua volta, ha la massima sensibilità ([[w:Visione_fotopica|visione fotopica]]) attorno ai 555 nm, nel verde: una lunghezza d'onda molto vicina al picco di emissione solare. La sensibilità dell'occhio diminuisce rapidamente sia per lunghezze d'onda più corte (violetto), sia per quelle più lunghe (rosso). La luce visibile è in grado di eccitare gli stati energetici elettronici. Se un oggetto è colorato ciò è dovuto essenzialmente al fatto che gli atomi o le molecole della superficie dell'oggetto possono assorbire una parte (certe lunghezze d'onda) della luce che li investe portando gli elettroni a livelli energetici più alti. Il colore specifico che l'oggetto assume dipende dal materiale superficiale ed è determinato dalle regole di addizione e sottrazione dei colori: è infatti la luce non assorbita che, rimbalzando sull'oggetto, arriva all'occhio umano che in seguito decodifica e assegna il colore all'oggetto. == [[w:Radiazione_ultravioletta|Ultravioletto]]== Nella parte successiva dello spettro vengono gli Ultravioletti indicati con l'acronimo UV. Le frequenze al di sopra del visibile manifestano molto chiaramente il carattere quantistico della radiazione elettromagnetica. La radiazione UV ha energia sufficiente a spezzare legami molecolari e ionizzare parzialmente gli atomi. Gli effetti dannosi sul corpo umano di tali radiazioni sono ben note in quanto tali radiazioni non solo provocano bruciature, ma possono causare danni irreparabili ai tessuti del corpo umano. Il sole emette, principalmente luce visibile, ma anche una certa quantità di UV. Gli UV rappresentano una percentuale minima della radiazione totale emessa dal sole; purtuttavia se non avessimo lo schermo naturale dell'atmosfera e dei gas come l'ozono, la quantità di radiazione che arriverebbe non sarebbe compatibile con la vita umana. Una parte della radiazione ultravioletta è essenziale in alcuni processi biologici, quale la produzione di Vitamina D. Inoltre viene utilizzata con successo in alcune terapie antibatteriche quali la sterilizzazione. Il coefficiente di assorbimento degli UV è molto grande per quasi tutti i materiali, ad esempio il vetro di buona qualità che è molto trasparente nel visibile negli UV è estremamente assorbente: lo spessore del parabrezza di una autovettura è sufficiente ad eliminare praticamente tutta la radiazione UV del sole. Solo il quarzo ha un coefficiente di assorbimento più piccolo per la parte dello spettro UV a frequenza più alta (lunghezza d'onda più corta). A lunghezze d'onda inferiori a 200 nm il quarzo, ma anche l'aria ( a causa dell'ossigeno presente) assorbe fortemente gli UV. Gli UV sono utilizzati molto nella microlettronica, proprio a causa della lunghezza d'onda estremamente piccola, ma trovano applicazioni anche in alcune tecniche diagnostiche. Gli UV nella parte bassa dello spettro (380-300 nm) sono prodotti mediante scariche in gas a bassa pressione in tubi di quarzo. Nella parte più alta dello spettro con tecniche simili ai raggi X. == Raggi X== I raggi X sono stati scoperti solo alla fine del XIX secolo (differentemente dagli ultravioletti noti da un secolo prima). La ragione è che la loro produzione non è semplice. Infatti vengono principalmente prodotti bombardando dei bersagli metallici con elettroni di alta energia e quindi che viaggiano in un vuoto spinto. I raggi X prodotti dipendono sia dall'energia degli elettroni incidenti, ma anche dal bersaglio. Infatti la componente continua ha una intensità tanto maggiore quanto maggiore è il numero atomico ma l'energia dei raggi X non eccede quella degli elettroni incidenti. La componente continua è dovuta alla radiazione di decelerazione degli elettroni. Vi è inoltre una componente discreta è dovuta al fatto che nell'urto vengono strappati gli elettroni più profondi del bersaglio e nel ristabilirsi della condizione di equilibrio, transizione degli elettroni esterni nei livelli profondi liberati, vengono emessi raggi X con la frequenza corrispondente alla differenza di energia tra i due livelli. Quindi se usiamo Ferro riusciamo a produrre righe di raggi X tra 0.17 nm e 0.19 nm (4 righe), mentre se usiamo Molibdeno avremo raggi X tra 0.063 nm e 0.071 nm. Attualmente mediante radiazione di sincrotone si riescono a produrre con notevole intensità e controllabilità sia raggi X che radiazione UV. L'utilizzazione più importanti dei Raggi X, fin dalla loro scoperta, sono state in radiografia e cristallografia. In radiografia si sfrutta l'assorbimento diverso dei vari tessuti profondi del corpo umano. In cristallografia si sfrutta il fatto che i raggi X hanno una lunghezza d'onda paragonabile alla distanza tra gli atomi di un reticolo cristallino, e quindi l'immagine di diffrazione permette di conoscere la struttura atomica dei solidi. Il corpo umano è abbastanza trasparente ai raggi X, pur tuttavia nell'attraversare il corpo umano ionizzano gli atomi presenti danneggiando in maniera irreversibile anche i tessuti profondi. Sono quindi classificati tra le radiazioni ionizzanti dannose all'organismo. Il danno provocato dai raggi X è peggiore di quello degli UV in quanto agisce a maggiore profondità e i raggi X hanno una energia per fotone maggiore. Schermi metallici spessi sono una buona protezione per radiazioni di tale tipo. == Raggi gamma== I raggi gamma rappresentano le lunghezze d'onda più brevi dello spettro delle onde elettromagnetiche. I raggi gamma sono prodotti da reazioni che avvengono all'interno del nucleo atomico. Vi è una parziale sovrapposizione tra raggi gamma e raggi X: in quanto i livelli energetici degli elettroni di atomi di grande numero atomico possono eccedere l'energie atomiche. Il potere penetrante dei raggi gamma è in genere molto maggiore di quello dei raggi X. Per questo per la protezione di tali radiazione si usano materiali ad alto peso atomico (tipo il piombo), tanto per dare una idea se 1 cm di Piombo dimezza i raggi gamma è necessario uno spessore di 6 cm di cemento per produrre lo stesso effetto. I raggi gamma vengono prodotti nel decadimento di isotopi radioattivi, non esistono altri metodi sulla terra per produrre tali radiazioni. Gli effetti sulla materia vivente dei raggi gamma sono molto peggiori dei raggi X a parità di intensità a causa della maggiore energia dei fotoni. Infatti la perdita di energia dei raggi gamma può avvenire in maniera più distruttiva per i tessuti che la semplice ionizzazione. Possono prodursi isotopi radioattivi, coppie di particelle ed elettroni secondari energetici mediante effetto Compton. [[Categoria:Fisica classica]] 4r8mre6s19xztuc1suzxkoiugv6g5cy 500260 500259 2026-08-01T10:10:59Z Pasquale.Carelli 528 /* Raggi X */ migliorato il testo 500260 wikitext text/x-wiki {{capitolo |Libro=Fisica classica |NomeLibro=Fisica classica |CapitoloPrecedente=Campi elettromagnetici nei conduttori |NomePaginaCapitoloPrecedente=Fisica_classica/Campi_elettromagnetici_nei_conduttori |CapitoloSuccessivo=La luce |NomePaginaCapitoloSuccessivo=Fisica classica/La_luce }} {{fisica classica}} [[Immagine:TheElectromagneticSpectrum.jpg|thumb|centre|800px|Spettro elettromagnetico]] Lo spettro delle onde elettromagnetiche, o semplicemente spettro, è l'intervallo di tutte le possibili radiazioni elettromagnetiche. La figura mostra l'intero intervallo di tali radiazioni, disposte dalle più brevi ed energetiche, i [[w:raggi gamma|raggi gamma]], alle più lunghe e meno energetiche, le onde radio. Secondo la descrizione quantistica della radiazione, a un'onda elettromagnetica è associato un valore preciso di energia, il quale dipende dalla frequenza di oscillazione dell'onda secondo la nota relazione di Planck: :<math>E = h \nu</math> dove <math>E</math> è l'energia, <math>h</math> è la [[w:Costante_di_Planck|costante di Planck]] e <math>\nu</math> è la frequenza dell'onda. Esiste un limite fisico teorico alle lunghezze d'onda possibili: il limite superiore è dettato dalle dimensioni dell'[[w:Universo osservabile|universo osservabile]], in quanto non possono propagarsi radiazioni con lunghezza d'onda maggiore di quest'ultimo; il limite inferiore è invece rappresentato dalla [[w:Lunghezza di Planck|lunghezza di Planck]] (<math>\ell_P \approx 1,6 \times 10^{-35}\text{ m}</math>), al di sotto della quale le attuali leggi della fisica e lo stesso concetto di spazio-tempo perdono di significato. {| align="center" border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" style="background:#FAFAFA; border:1px solid #CCC; border-collapse:collapse; text-align:center; font-family:sans-serif; font-size:90%" ! Tipo di radiazione elettromagnetica !! Frequenza !! Lunghezza d'onda |- | Onde radio (LF, MF, HF, VHF, UHF) || <math>30\text{ kHz} - 3\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ km} - 10\text{ cm}</math> |- | Microonde || <math>3\text{ GHz} - 300\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ cm} - 1\text{ mm}</math> |- | Infrarossi || <math>300\text{ GHz} - 428\text{ THz}</math> || <math>1\text{ mm} - 780\text{ nm}</math> |- | Luce visibile || <math>428\text{ THz} - 749\text{ THz}</math> || <math>780\text{ nm} - 380\text{ nm}</math> |- | Ultravioletti || <math>749\text{ THz} - 30\text{ PHz}</math> || <math>380\text{ nm} - 10\text{ nm}</math> |- | Raggi X || <math>30\text{ PHz} - 300\text{ EHz}</math> || <math>10\text{ nm} - 1\text{ pm}</math> |- | Raggi gamma || <math>> 300\text{ EHz}</math> || <math>< 1\text{ pm}</math> |} == [[w:Onde_radio|Onde radio]] == [[File:Dipole xmting antenna animation 4 408x318x150ms.gif|left|thumb|upright=1.4|Animazione al rallentatore di un'antenna dipolare a mezza onda che irradia onde radio. Sono evidenziate le linee del campo elettrico. L'antenna al centro è costituita da due barre metalliche verticali a cui è applicata una corrente alternata generata da una sorgente (non mostrata). La tensione elettrica carica le due estremità dell'antenna alternativamente con polarità positiva ''(+)'' e negativa ''(−)''. Le linee chiuse del campo elettrico ''(linee nere)'' si distaccano dall'antenna e si propagano nello spazio alla velocità della luce <math>c</math>, costituendo l'onda radio.]] Le radiazioni con frequenze inferiori a <math>3\text{ GHz}</math> vengono chiamate genericamente onde radio (sebbene in senso ampio lo spettro radioelettrico si estenda fino a <math>300\text{ GHz}</math>, comprendendo le microonde). Si tratta delle frequenze storicamente impiegate nelle telecomunicazioni tradizionali, come la radiofonia e la televisione, ma ampiamente sfruttate anche nelle moderne tecnologie della telefonia mobile e dei sistemi di comunicazione senza fili. La modalità di propagazione di queste onde dipende fortemente dalla loro frequenza: Onde a frequenza più elevata, come le [[w:Very_high_frequency|VHF]] e le [[w:Ultra_high_frequency|UHF]], si propagano in linea retta e attraversano l'atmosfera con un assorbimento ridotto. Per questa ragione, la comunicazione terrestre è limitata dalla curvatura terrestre (propagazione in [[w:Linea_di_vista|linea di vista]]) ed è ideale per ponti radio locali o comunicazioni satellitari. Onde a frequenza inferiore, in particolare le [[w:Onde_corte|HF]], vengono invece riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera (la [[w:Ionosfera|ionosfera]]). Questo fenomeno di riflessione permette al segnale di superare l'orizzonte geometrico rimbalzando tra la superficie terrestre e la ionosfera, consentendo trasmissioni a lunghissima distanza o transoceaniche. Un principio fondamentale della fisica delle antenne stabilisce che le onde radio sono generate e captate in modo efficiente da [[w:Antenna|antenne]] le cui dimensioni geometriche siano dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda <math>\lambda</math> del segnale da emettere o ricevere (ad esempio, pari a <math>\lambda/2</math> o <math>\lambda/4</math>). == [[w:Microonde|Microonde]]== Sebbene le definizioni ufficiali dell'[[w:Unione internazionale delle telecomunicazioni|ITU]] collochino le microonde al di sopra dei <math>3\text{ GHz}</math>, nel linguaggio comune ed elettrotecnico si considerano spesso appartenenti a questo intervallo le frequenze superiori a <math>1\text{ GHz}</math> (corrispondenti a lunghezze d'onda inferiori a <math>30\text{ cm}</math>). Secondo la meccanica quantistica, la radiazione elettromagnetica viene assorbita dai materiali eccitando specifici stati energetici: * Stati rotazionali molecolari: le microonde possiedono quanti di energia ideali per interagire con i livelli rotazionali delle molecole polari (come l'acqua, l'ammoniaca e vari grassi). * Riscaldamento dielettrico: in un forno a microonde (operante convenzionalmente a <math>2{,}45\text{ GHz}</math>), il campo elettrico alternato forza i dipoli elettrici delle molecole d'acqua a riorientarsi continuamente. Questa rotazione ostacolata, detta ''rilassamento dipolare'', dissipa energia sotto forma di calore per attrito intermolecolare. La frequenza di <math>2{,}45\text{ GHz}</math> è opportunamente scelta fuori dalla risonanza pura dell'acqua per garantire che l'onda penetri per diversi centimetri all'interno dell'alimento prima di essere completamente attenuata. Storicamente, le microonde hanno trovato il loro primo importante sviluppo in ambito militare durante la Seconda Guerra Mondiale per la realizzazione dei sistemi [[w:Radar|RADAR]]. Non è un caso che il primo forno a microonde sia stato brevettato nel 1947 da Percy Spencer durante la sua ricerca sui magnetron presso la [[w:Raytheon|Raytheon]], una delle principali aziende produttrici di apparati radar. L'atmosfera terrestre presenta marcate bande di assorbimento nelle microonde dovute alla presenza di molecole d'acqua e ossigeno, che possiedono frequenze di risonanza a valori specifici (ad esempio intorno a <math>22\text{ GHz}</math> per il vapore acqueo e <math>60\text{ GHz}</math> per l'ossigeno). Di conseguenza, i sistemi di telecomunicazione satellitari e i ponti radio terrestri devono sfruttare opportune ''finestre atmosferiche'' a bassa attenuazione per evitare la degradazione del segnale. La [[w:Microonde#Produzione|generazione delle microonde]] ad alta potenza è storicamente affidata a particolari [[w:Valvola termoionica|valvole termoioniche]] a vuoto specifico, quali il [[w:Magnetron|magnetron]] (utilizzato sia nei radar che nei forni domestici), il [[w:Klystron|klystron]] e il [[w:Travelling_wave_tube|tubo a onda progressiva]] (TWT), in grado di erogare elevate potenze fino a frequenze prossime ai <math>100\text{ GHz}</math>. Per applicazioni a bassa potenza o ad alta frequenza (come la telefonia mobile, i moduli Wi-Fi e le antenne phased-array), si impiegano invece dispositivi a stato solido ad alta mobilità elettronica [quali [[w:Diodo_Gunn|diodi Gunn]], [[w:HEMT|HEMT]] e transistor ad [[w:Arseniuro_di_gallio|arseniuro di gallio]] (GaAs) o [[w:Nitruro_di_gallio|nitruro di gallio]] (GaN)]. == [[w:Radiazione_infrarossa|Infrarosso]] == L'infrarosso trae il suo nome dal fatto che rappresenta le frequenze di valore minore a quella del rosso (ma superiore alle microonde). In realtà l'intervallo comprende radiazioni che hanno un comportamento molto differente. La parte vicina allo spettro visibile detta NIR (near infrared) ha un comportamento simile alla luce, mentre la parte bassa FIR (far infrared) ha un comportamento simile alle microonde. Mentre le microonde possono nella parte bassa dello spettro essere ancora prodotte da circuiti elettrici oscillanti, per l'infrarosso a frequenze più elevate ciò non è più possibile. L'energia trasportata dalle radiazioni infrarosse è in grado di eccitare gli stati vibrazionali della materia. Poiché questi sono particolarmente rilevanti nella materia allo stato solido. L'atmosfera terrestre assorbe ed emette fortemente nel lontano e medio infrarosso (FIR/MIR) a causa dei moti vibro-rotazionali di molecole polari e triatomiche (<math>H_2O</math>, <math>CO_2</math>, <math>CH_4</math>, <math>O_3</math>). Sono proprio questi assorbimenti che generano l'[[w:Effetto_serra|effetto serra]] naturale. L'atmosfera è trasparente solo in specifiche ''finestre IR'' (es. tra <math>8\text{ }\mu\text{m}</math> e <math>14\text{ }\mu\text{m}</math>). La sorgente più semplice e naturale di infrarossi sono i corpi caldi, infatti tutti i corpi emettono naturalmente onde elettromagnetiche con un spettro caratteristico che dipende essenzialmente dalla loro temperatura, la cosiddetta radiazione di [[w:Corpo nero|corpo nero]]. La curva di emissione è fortemente asimmetrica ed è descritta dalla legge di Planck. La lunghezza d'onda massima è legata alla temperatura dalla [[w:Legge_di_Wien!legge di Wien]]: :<math>\lambda_{max} T\approx \frac {2.898\cdot 10^{-3}} m\cdot K </math> Dove <math>T\ </math> è la [[w:Temperatura_assoluta|temperatura assoluta]], mentre la lunghezza d'onda è data in metri. Dalla formula appare chiaro come fino a quando le temperature sono comprese tra circa 3 K e 3000 K, tale ampiezza massima cade proprio nell'infrarosso. Infrarossi come la luce visibile possono essere prodotti ed assorbiti da fenomeni più squisitamente legati alla quantizzazione dei livelli energetici degli atomi. In genere tali fenomeni sono più caratteristici della parte dello spettro a più alta frequenza fino ai raggi X: ma alle frequenze degli infrarossi si hanno i primi salti energetici. Una particolarità degli infrarossi è che alcune sostanze che nel visibile appaiono scure come il [[w:Silicio|silicio]] o il [[w:Germanio|germanio]] sono per gran parte della banda infrarossa assolutamente trasparenti. Il coefficiente di assorbimento di tali materiali, [[w:Semiconduttore|semiconduttori]], varia di molti ordini di grandezza in un piccolissimo intervallo di frequenze che cade nella parte alta degli infrarossi, il cosiddetto vicino infrarosso (NIR). Per dare una idea 7 mm di Silicio dimezzano l'ampiezza di infrarossi di lunghezza d'onda di 1030 nm, per evere lo stesso effetto con onde di lunghezza d'onda di 826 nm sono sufficienti 0.0014 mm di Silicio, mentre a lunghezza d'onda di 620 nm (luce rossa visibile) sono sufficienti appena 70 nm di Silicio. La ragione di questo comportamento del silicio è dovuta al fatto che se l'energia del fotone IR è inferiore al bandgap (<math>E_g \approx 1{,}11\text{ eV}</math> per il silicio a temperatura ambiente, corrispondente a una lunghezza d'onda di soglia <math>\lambda_g \approx 1100\text{ nm}</math>). I fotoni con <math>\lambda > 1100\text{ nm}</math> non hanno energia sufficiente per promuovere un elettrone dalla banda di valenza a quella di conduzione, rendendo il silicio trasparente. La generazione di infrarossi nella regione NIR a spettro molto stretto viene fatta mediante dispositivi a stato solido quali i [[w:LED|LED]] ed i [[w:Laser|Laser]]. Secondo le conoscenze attuali non si conoscono effetti dannosi sul corpo umano delle radiazioni infrarossa di bassa intensità (come anche di ogni altra frequenza inferiore). L'unico effetto noto è l'assorbimento di tali radiazioni da parte di tessuti che si scaldano, quindi solo grandi potenze producono effetti dannosi. Il fenomeno può avere effetti negativi per particolari organi come l'occhio: la cornea oculare è infatti un tessuto dotato di scarsissima irrorazione sanguigna. Pertanto non è in grado di dissipare efficacemente il calore che può essere trasmesso da una radiazione infrarossa ad elevata potenza come quella di un laser. L'esposizione frequente a sorgenti IR ad elevata potenza è infatti spesso correlata all'insorgenza della cataratta. == Luce visibile == La regione dello spettro con lunghezze d'onda compreso tra 760 nm, (rosso) e 380 nm (violetto) è l'unico intervallo di frequenze per cui l'occhio umano è sensibile. A radiazioni visibili di diversa lunghezza d'onda (e quindi frequenza) corrispondono tutti i diversi colori dell'arcobaleno. Vi è una notevole corrispondenza tra la sensibilità dell'occhio umano e la radiazione emessa dal Sole. Approssimando il Sole a un corpo nero alla temperatura superficiale di circa 5700 K, la legge di spostamento di Wien (<math>\lambda_{max} = b/T</math>, con <math>b \approx 2{,}898 \times 10^{-3}\ \text{m·K}</math>) fornisce un picco di emissione attorno ai 500 nm, nella regione verde-blu dello spettro visibile. L'occhio umano, a sua volta, ha la massima sensibilità ([[w:Visione_fotopica|visione fotopica]]) attorno ai 555 nm, nel verde: una lunghezza d'onda molto vicina al picco di emissione solare. La sensibilità dell'occhio diminuisce rapidamente sia per lunghezze d'onda più corte (violetto), sia per quelle più lunghe (rosso). La luce visibile è in grado di eccitare gli stati energetici elettronici. Se un oggetto è colorato ciò è dovuto essenzialmente al fatto che gli atomi o le molecole della superficie dell'oggetto possono assorbire una parte (certe lunghezze d'onda) della luce che li investe portando gli elettroni a livelli energetici più alti. Il colore specifico che l'oggetto assume dipende dal materiale superficiale ed è determinato dalle regole di addizione e sottrazione dei colori: è infatti la luce non assorbita che, rimbalzando sull'oggetto, arriva all'occhio umano che in seguito decodifica e assegna il colore all'oggetto. == [[w:Radiazione_ultravioletta|Ultravioletto]]== Nella parte successiva dello spettro vengono gli Ultravioletti indicati con l'acronimo UV. Le frequenze al di sopra del visibile manifestano molto chiaramente il carattere quantistico della radiazione elettromagnetica. La radiazione UV ha energia sufficiente a spezzare legami molecolari e ionizzare parzialmente gli atomi. Gli effetti dannosi sul corpo umano di tali radiazioni sono ben note in quanto tali radiazioni non solo provocano bruciature, ma possono causare danni irreparabili ai tessuti del corpo umano. Il sole emette, principalmente luce visibile, ma anche una certa quantità di UV. Gli UV rappresentano una percentuale minima della radiazione totale emessa dal sole; purtuttavia se non avessimo lo schermo naturale dell'atmosfera e dei gas come l'ozono, la quantità di radiazione che arriverebbe non sarebbe compatibile con la vita umana. Una parte della radiazione ultravioletta è essenziale in alcuni processi biologici, quale la produzione di Vitamina D. Inoltre viene utilizzata con successo in alcune terapie antibatteriche quali la sterilizzazione. Il coefficiente di assorbimento degli UV è molto grande per quasi tutti i materiali, ad esempio il vetro di buona qualità che è molto trasparente nel visibile negli UV è estremamente assorbente: lo spessore del parabrezza di una autovettura è sufficiente ad eliminare praticamente tutta la radiazione UV del sole. Solo il quarzo ha un coefficiente di assorbimento più piccolo per la parte dello spettro UV a frequenza più alta (lunghezza d'onda più corta). A lunghezze d'onda inferiori a 200 nm il quarzo, ma anche l'aria ( a causa dell'ossigeno presente) assorbe fortemente gli UV. Gli UV sono utilizzati molto nella microlettronica, proprio a causa della lunghezza d'onda estremamente piccola, ma trovano applicazioni anche in alcune tecniche diagnostiche. Gli UV nella parte bassa dello spettro (380-300 nm) sono prodotti mediante scariche in gas a bassa pressione in tubi di quarzo. Nella parte più alta dello spettro con tecniche simili ai raggi X. == [[w:Raggi_X|Raggi X]]== I raggi X sono stati scoperti solo alla fine del XIX secolo, circa un secolo dopo gli ultravioletti, poiché la loro produzione non è semplice: vengono generati principalmente bombardando bersagli metallici con elettroni di alta energia, in condizioni di vuoto spinto. Lo spettro dei raggi X prodotti presenta due componenti: * La componente continua (o [[w:Bremsstrahlung|bremsstrahlung]], radiazione di frenamento) è dovuta alla decelerazione degli elettroni nell'urto contro il bersaglio: la sua intensità cresce con il numero atomico del bersaglio, mentre la sua energia massima (e quindi la lunghezza d'onda minima) è fissata dall'energia cinetica degli elettroni incidenti, secondo la relazione <math>\lambda_{min} = \dfrac{hc}{eV}</math>, dove <math>eV</math> è l'energia degli elettroni accelerati dalla tensione <math>V</math>: un elettrone, nell'urto più violento possibile, può cedere al fotone al massimo tutta la propria energia. * La componente discreta, o spettro caratteristico, si origina invece quando l'urto strappa un elettrone di uno strato interno del bersaglio: nel ristabilirsi dell'equilibrio, un elettrone di uno strato più esterno scende a occupare il livello liberato, emettendo un fotone X con frequenza corrispondente alla differenza di energia tra i due livelli. Poiché queste energie sono caratteristiche del singolo elemento, ogni materiale produce un proprio insieme di righe: con un bersaglio di [[w:Ferro|Ferro]] si ottengono ad esempio 4 righe tra 0,17 nm e 0,19 nm, mentre con il [[w:Molibdeno|Molibdeno]] si ottengono righe tra 0,063 nm e 0,071 nm. Attualmente, mediante la radiazione di sincrotrone, si riescono a produrre con notevole intensità e controllabilità sia raggi X che radiazione UV. [[File:Lat lebka.jpg|thumb|Radiografia laterale di un [[w:cranio umano|cranio umano]]]] Le applicazioni più importanti dei raggi X, fin dalla loro scoperta, sono la [[w:Radiografia|radiografia]] e la [[w:Cristallografia_a_raggi_X|cristallografia]]. In radiografia si sfrutta il diverso assorbimento dei vari tessuti del corpo umano, che permette di distinguerli nell'immagine. In cristallografia si sfrutta invece il fatto che la lunghezza d'onda dei raggi X è paragonabile alla distanza tra gli atomi in un reticolo cristallino: la figura di diffrazione che ne risulta permette di risalire alla struttura atomica dei solidi. Il corpo umano è relativamente trasparente ai raggi X — è proprio questo che rende possibile la radiografia — ma non è innocuo: attraversandolo, i raggi X ionizzano gli atomi incontrati, danneggiando in modo irreversibile anche i tessuti profondi. I raggi X sono quindi classificati tra le [[w:Radiazioni_ionizzanti|radiazioni ionizzanti]] dannose per l'organismo, con un potenziale lesivo maggiore rispetto agli UV, sia perché agiscono a maggiore profondità sia perché hanno un'energia per fotone più elevata. Schermi metallici spessi (ad esempio di piombo) costituiscono una buona protezione da questo tipo di radiazione. == Raggi gamma== I raggi gamma rappresentano le lunghezze d'onda più brevi dello spettro delle onde elettromagnetiche. I raggi gamma sono prodotti da reazioni che avvengono all'interno del nucleo atomico. Vi è una parziale sovrapposizione tra raggi gamma e raggi X: in quanto i livelli energetici degli elettroni di atomi di grande numero atomico possono eccedere l'energie atomiche. Il potere penetrante dei raggi gamma è in genere molto maggiore di quello dei raggi X. Per questo per la protezione di tali radiazione si usano materiali ad alto peso atomico (tipo il piombo), tanto per dare una idea se 1 cm di Piombo dimezza i raggi gamma è necessario uno spessore di 6 cm di cemento per produrre lo stesso effetto. I raggi gamma vengono prodotti nel decadimento di isotopi radioattivi, non esistono altri metodi sulla terra per produrre tali radiazioni. Gli effetti sulla materia vivente dei raggi gamma sono molto peggiori dei raggi X a parità di intensità a causa della maggiore energia dei fotoni. Infatti la perdita di energia dei raggi gamma può avvenire in maniera più distruttiva per i tessuti che la semplice ionizzazione. Possono prodursi isotopi radioattivi, coppie di particelle ed elettroni secondari energetici mediante effetto Compton. [[Categoria:Fisica classica]] 4frsroukb1ddpi06e2ih62ste86kdgy 500262 500260 2026-08-01T10:44:37Z Pasquale.Carelli 528 migliorato il testo dei Raggi X e Gamma 500262 wikitext text/x-wiki {{capitolo |Libro=Fisica classica |NomeLibro=Fisica classica |CapitoloPrecedente=Campi elettromagnetici nei conduttori |NomePaginaCapitoloPrecedente=Fisica_classica/Campi_elettromagnetici_nei_conduttori |CapitoloSuccessivo=La luce |NomePaginaCapitoloSuccessivo=Fisica classica/La_luce }} {{fisica classica}} [[Immagine:TheElectromagneticSpectrum.jpg|thumb|centre|800px|Spettro elettromagnetico]] Lo spettro delle onde elettromagnetiche, o semplicemente spettro, è l'intervallo di tutte le possibili radiazioni elettromagnetiche. La figura mostra l'intero intervallo di tali radiazioni, disposte dalle più brevi ed energetiche, i [[w:raggi gamma|raggi gamma]], alle più lunghe e meno energetiche, le onde radio. Secondo la descrizione quantistica della radiazione, a un'onda elettromagnetica è associato un valore preciso di energia, il quale dipende dalla frequenza di oscillazione dell'onda secondo la nota relazione di Planck: :<math>E = h \nu</math> dove <math>E</math> è l'energia, <math>h</math> è la [[w:Costante_di_Planck|costante di Planck]] e <math>\nu</math> è la frequenza dell'onda. Esiste un limite fisico teorico alle lunghezze d'onda possibili: il limite superiore è dettato dalle dimensioni dell'[[w:Universo osservabile|universo osservabile]], in quanto non possono propagarsi radiazioni con lunghezza d'onda maggiore di quest'ultimo; il limite inferiore è invece rappresentato dalla [[w:Lunghezza di Planck|lunghezza di Planck]] (<math>\ell_P \approx 1,6 \times 10^{-35}\text{ m}</math>), al di sotto della quale le attuali leggi della fisica e lo stesso concetto di spazio-tempo perdono di significato. {| align="center" border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" style="background:#FAFAFA; border:1px solid #CCC; border-collapse:collapse; text-align:center; font-family:sans-serif; font-size:90%" ! Tipo di radiazione elettromagnetica !! Frequenza !! Lunghezza d'onda |- | Onde radio (LF, MF, HF, VHF, UHF) || <math>30\text{ kHz} - 3\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ km} - 10\text{ cm}</math> |- | Microonde || <math>3\text{ GHz} - 300\text{ GHz}</math> || <math>10\text{ cm} - 1\text{ mm}</math> |- | Infrarossi || <math>300\text{ GHz} - 428\text{ THz}</math> || <math>1\text{ mm} - 780\text{ nm}</math> |- | Luce visibile || <math>428\text{ THz} - 749\text{ THz}</math> || <math>780\text{ nm} - 380\text{ nm}</math> |- | Ultravioletti || <math>749\text{ THz} - 30\text{ PHz}</math> || <math>380\text{ nm} - 10\text{ nm}</math> |- | Raggi X || <math>30\text{ PHz} - 300\text{ EHz}</math> || <math>10\text{ nm} - 1\text{ pm}</math> |- | Raggi gamma || <math>> 300\text{ EHz}</math> || <math>< 1\text{ pm}</math> |} == [[w:Onde_radio|Onde radio]] == [[File:Dipole xmting antenna animation 4 408x318x150ms.gif|left|thumb|upright=1.4|Animazione al rallentatore di un'antenna dipolare a mezza onda che irradia onde radio. Sono evidenziate le linee del campo elettrico. L'antenna al centro è costituita da due barre metalliche verticali a cui è applicata una corrente alternata generata da una sorgente (non mostrata). La tensione elettrica carica le due estremità dell'antenna alternativamente con polarità positiva ''(+)'' e negativa ''(−)''. Le linee chiuse del campo elettrico ''(linee nere)'' si distaccano dall'antenna e si propagano nello spazio alla velocità della luce <math>c</math>, costituendo l'onda radio.]] Le radiazioni con frequenze inferiori a <math>3\text{ GHz}</math> vengono chiamate genericamente onde radio (sebbene in senso ampio lo spettro radioelettrico si estenda fino a <math>300\text{ GHz}</math>, comprendendo le microonde). Si tratta delle frequenze storicamente impiegate nelle telecomunicazioni tradizionali, come la radiofonia e la televisione, ma ampiamente sfruttate anche nelle moderne tecnologie della telefonia mobile e dei sistemi di comunicazione senza fili. La modalità di propagazione di queste onde dipende fortemente dalla loro frequenza: Onde a frequenza più elevata, come le [[w:Very_high_frequency|VHF]] e le [[w:Ultra_high_frequency|UHF]], si propagano in linea retta e attraversano l'atmosfera con un assorbimento ridotto. Per questa ragione, la comunicazione terrestre è limitata dalla curvatura terrestre (propagazione in [[w:Linea_di_vista|linea di vista]]) ed è ideale per ponti radio locali o comunicazioni satellitari. Onde a frequenza inferiore, in particolare le [[w:Onde_corte|HF]], vengono invece riflesse dagli strati ionizzati dell'atmosfera (la [[w:Ionosfera|ionosfera]]). Questo fenomeno di riflessione permette al segnale di superare l'orizzonte geometrico rimbalzando tra la superficie terrestre e la ionosfera, consentendo trasmissioni a lunghissima distanza o transoceaniche. Un principio fondamentale della fisica delle antenne stabilisce che le onde radio sono generate e captate in modo efficiente da [[w:Antenna|antenne]] le cui dimensioni geometriche siano dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda <math>\lambda</math> del segnale da emettere o ricevere (ad esempio, pari a <math>\lambda/2</math> o <math>\lambda/4</math>). == [[w:Microonde|Microonde]]== Sebbene le definizioni ufficiali dell'[[w:Unione internazionale delle telecomunicazioni|ITU]] collochino le microonde al di sopra dei <math>3\text{ GHz}</math>, nel linguaggio comune ed elettrotecnico si considerano spesso appartenenti a questo intervallo le frequenze superiori a <math>1\text{ GHz}</math> (corrispondenti a lunghezze d'onda inferiori a <math>30\text{ cm}</math>). Secondo la meccanica quantistica, la radiazione elettromagnetica viene assorbita dai materiali eccitando specifici stati energetici: * Stati rotazionali molecolari: le microonde possiedono quanti di energia ideali per interagire con i livelli rotazionali delle molecole polari (come l'acqua, l'ammoniaca e vari grassi). * Riscaldamento dielettrico: in un forno a microonde (operante convenzionalmente a <math>2{,}45\text{ GHz}</math>), il campo elettrico alternato forza i dipoli elettrici delle molecole d'acqua a riorientarsi continuamente. Questa rotazione ostacolata, detta ''rilassamento dipolare'', dissipa energia sotto forma di calore per attrito intermolecolare. La frequenza di <math>2{,}45\text{ GHz}</math> è opportunamente scelta fuori dalla risonanza pura dell'acqua per garantire che l'onda penetri per diversi centimetri all'interno dell'alimento prima di essere completamente attenuata. Storicamente, le microonde hanno trovato il loro primo importante sviluppo in ambito militare durante la Seconda Guerra Mondiale per la realizzazione dei sistemi [[w:Radar|RADAR]]. Non è un caso che il primo forno a microonde sia stato brevettato nel 1947 da Percy Spencer durante la sua ricerca sui magnetron presso la [[w:Raytheon|Raytheon]], una delle principali aziende produttrici di apparati radar. L'atmosfera terrestre presenta marcate bande di assorbimento nelle microonde dovute alla presenza di molecole d'acqua e ossigeno, che possiedono frequenze di risonanza a valori specifici (ad esempio intorno a <math>22\text{ GHz}</math> per il vapore acqueo e <math>60\text{ GHz}</math> per l'ossigeno). Di conseguenza, i sistemi di telecomunicazione satellitari e i ponti radio terrestri devono sfruttare opportune ''finestre atmosferiche'' a bassa attenuazione per evitare la degradazione del segnale. [[File:Magnetron2.jpg|thumb|Un [[w:magnetron|magnetron]]]] La [[w:Microonde#Produzione|generazione delle microonde]] ad alta potenza è storicamente affidata a particolari [[w:Valvola termoionica|valvole termoioniche]] a vuoto specifico, quali il [[w:Magnetron|magnetron]] (utilizzato sia nei radar che nei forni domestici), il [[w:Klystron|klystron]] e il [[w:Travelling_wave_tube|tubo a onda progressiva]] (TWT), in grado di erogare elevate potenze fino a frequenze prossime ai <math>100\text{ GHz}</math>. Per applicazioni a bassa potenza o ad alta frequenza (come la telefonia mobile, i moduli Wi-Fi e le antenne phased-array), si impiegano invece dispositivi a stato solido ad alta mobilità elettronica [quali [[w:Diodo_Gunn|diodi Gunn]], [[w:HEMT|HEMT]] e transistor ad [[w:Arseniuro_di_gallio|arseniuro di gallio]] (GaAs) o [[w:Nitruro_di_gallio|nitruro di gallio]] (GaN)]. == [[w:Radiazione_infrarossa|Infrarosso]] == L'infrarosso trae il suo nome dal fatto che rappresenta le frequenze di valore minore a quella del rosso (ma superiore alle microonde). In realtà l'intervallo comprende radiazioni che hanno un comportamento molto differente. La parte vicina allo spettro visibile detta NIR (near infrared) ha un comportamento simile alla luce, mentre la parte bassa FIR (far infrared) ha un comportamento simile alle microonde. Mentre le microonde possono nella parte bassa dello spettro essere ancora prodotte da circuiti elettrici oscillanti, per l'infrarosso a frequenze più elevate ciò non è più possibile. [[File:Ir girl.png|thumb|left|Una immagine all'infrarosso con [[w:Falsi_colori|falsi colori]] di due persone dovuta alla emissione della temperatura corporea]] L'energia trasportata dalle radiazioni infrarosse è in grado di eccitare gli stati vibrazionali della materia. Poiché questi sono particolarmente rilevanti nella materia allo stato solido. L'atmosfera terrestre assorbe ed emette fortemente nel lontano e medio infrarosso (FIR/MIR) a causa dei moti vibro-rotazionali di molecole polari e triatomiche (<math>H_2O</math>, <math>CO_2</math>, <math>CH_4</math>, <math>O_3</math>). Sono proprio questi assorbimenti che generano l'[[w:Effetto_serra|effetto serra]] naturale. L'atmosfera è trasparente solo in specifiche ''finestre IR'' (es. tra <math>8\text{ }\mu\text{m}</math> e <math>14\text{ }\mu\text{m}</math>). La sorgente più semplice e naturale di infrarossi sono i corpi caldi, infatti tutti i corpi emettono naturalmente onde elettromagnetiche con un spettro caratteristico che dipende essenzialmente dalla loro temperatura, la cosiddetta radiazione di [[w:Corpo nero|corpo nero]]. La curva di emissione è fortemente asimmetrica ed è descritta dalla legge di Planck. La lunghezza d'onda massima è legata alla temperatura dalla [[w:Legge_di_Wien!legge di Wien]]: :<math>\lambda_{max} T\approx \frac {2.898\cdot 10^{-3}} m\cdot K </math> Dove <math>T\ </math> è la [[w:Temperatura_assoluta|temperatura assoluta]], mentre la lunghezza d'onda è data in metri. Dalla formula appare chiaro come fino a quando le temperature sono comprese tra circa 3 K e 3000 K, tale ampiezza massima cade proprio nell'infrarosso. Infrarossi come la luce visibile possono essere prodotti ed assorbiti da fenomeni più squisitamente legati alla quantizzazione dei livelli energetici degli atomi. In genere tali fenomeni sono più caratteristici della parte dello spettro a più alta frequenza fino ai raggi X: ma alle frequenze degli infrarossi si hanno i primi salti energetici. Una particolarità degli infrarossi è che alcune sostanze che nel visibile appaiono scure come il [[w:Silicio|silicio]] o il [[w:Germanio|germanio]] sono per gran parte della banda infrarossa assolutamente trasparenti. Il coefficiente di assorbimento di tali materiali, [[w:Semiconduttore|semiconduttori]], varia di molti ordini di grandezza in un piccolissimo intervallo di frequenze che cade nella parte alta degli infrarossi, il cosiddetto vicino infrarosso (NIR). Per dare una idea 7 mm di Silicio dimezzano l'ampiezza di infrarossi di lunghezza d'onda di 1030 nm, per evere lo stesso effetto con onde di lunghezza d'onda di 826 nm sono sufficienti 0.0014 mm di Silicio, mentre a lunghezza d'onda di 620 nm (luce rossa visibile) sono sufficienti appena 70 nm di Silicio. La ragione di questo comportamento del silicio è dovuta al fatto che se l'energia del fotone IR è inferiore al bandgap (<math>E_g \approx 1{,}11\text{ eV}</math> per il silicio a temperatura ambiente, corrispondente a una lunghezza d'onda di soglia <math>\lambda_g \approx 1100\text{ nm}</math>). I fotoni con <math>\lambda > 1100\text{ nm}</math> non hanno energia sufficiente per promuovere un elettrone dalla banda di valenza a quella di conduzione, rendendo il silicio trasparente. La generazione di infrarossi nella regione NIR a spettro molto stretto viene fatta mediante dispositivi a stato solido quali i [[w:LED|LED]] ed i [[w:Laser|Laser]]. Secondo le conoscenze attuali non si conoscono effetti dannosi sul corpo umano delle radiazioni infrarossa di bassa intensità (come anche di ogni altra frequenza inferiore). L'unico effetto noto è l'assorbimento di tali radiazioni da parte di tessuti che si scaldano, quindi solo grandi potenze producono effetti dannosi. Il fenomeno può avere effetti negativi per particolari organi come l'occhio: la cornea oculare è infatti un tessuto dotato di scarsissima irrorazione sanguigna. Pertanto non è in grado di dissipare efficacemente il calore che può essere trasmesso da una radiazione infrarossa ad elevata potenza come quella di un laser. L'esposizione frequente a sorgenti IR ad elevata potenza è infatti spesso correlata all'insorgenza della cataratta. == Luce visibile == La regione dello spettro con lunghezze d'onda compreso tra 760 nm, (rosso) e 380 nm (violetto) è l'unico intervallo di frequenze per cui l'occhio umano è sensibile. A radiazioni visibili di diversa lunghezza d'onda (e quindi frequenza) corrispondono tutti i diversi colori dell'arcobaleno. Vi è una notevole corrispondenza tra la sensibilità dell'occhio umano e la radiazione emessa dal Sole. Approssimando il Sole a un corpo nero alla temperatura superficiale di circa 5700 K, la legge di spostamento di Wien (<math>\lambda_{max} = b/T</math>, con <math>b \approx 2{,}898 \times 10^{-3}\ \text{m·K}</math>) fornisce un picco di emissione attorno ai 500 nm, nella regione verde-blu dello spettro visibile. L'occhio umano, a sua volta, ha la massima sensibilità ([[w:Visione_fotopica|visione fotopica]]) attorno ai 555 nm, nel verde: una lunghezza d'onda molto vicina al picco di emissione solare. La sensibilità dell'occhio diminuisce rapidamente sia per lunghezze d'onda più corte (violetto), sia per quelle più lunghe (rosso). La luce visibile è in grado di eccitare gli stati energetici elettronici. Se un oggetto è colorato ciò è dovuto essenzialmente al fatto che gli atomi o le molecole della superficie dell'oggetto possono assorbire una parte (certe lunghezze d'onda) della luce che li investe portando gli elettroni a livelli energetici più alti. Il colore specifico che l'oggetto assume dipende dal materiale superficiale ed è determinato dalle regole di addizione e sottrazione dei colori: è infatti la luce non assorbita che, rimbalzando sull'oggetto, arriva all'occhio umano che in seguito decodifica e assegna il colore all'oggetto. == [[w:Radiazione_ultravioletta|Ultravioletto]]== [[File:Ultraviolet_image_of_the_Cygnus_Loop_Nebula_crop.jpg|thumb|Immagine all'ultravioletto di una nebulosa del Cigno]] Nella parte successiva dello spettro vengono gli Ultravioletti indicati con l'acronimo UV. Le frequenze al di sopra del visibile manifestano molto chiaramente il carattere quantistico della radiazione elettromagnetica. La radiazione UV ha energia sufficiente a spezzare legami molecolari e ionizzare parzialmente gli atomi. Gli effetti dannosi sul corpo umano di tali radiazioni sono ben note in quanto tali radiazioni non solo provocano bruciature, ma possono causare danni irreparabili ai tessuti del corpo umano. Il sole emette, principalmente luce visibile, ma anche una certa quantità di UV. Gli UV rappresentano una percentuale minima della radiazione totale emessa dal sole; purtuttavia se non avessimo lo schermo naturale dell'atmosfera e dei gas come l'ozono, la quantità di radiazione che arriverebbe non sarebbe compatibile con la vita umana. Una parte della radiazione ultravioletta è essenziale in alcuni processi biologici, quale la produzione di Vitamina D. Inoltre viene utilizzata con successo in alcune terapie antibatteriche quali la sterilizzazione. Il coefficiente di assorbimento degli UV è molto grande per quasi tutti i materiali, ad esempio il vetro di buona qualità che è molto trasparente nel visibile negli UV è estremamente assorbente: lo spessore del parabrezza di una autovettura è sufficiente ad eliminare praticamente tutta la radiazione UV del sole. Solo il quarzo ha un coefficiente di assorbimento più piccolo per la parte dello spettro UV a frequenza più alta (lunghezza d'onda più corta). A lunghezze d'onda inferiori a 200 nm il quarzo, ma anche l'aria ( a causa dell'ossigeno presente) assorbe fortemente gli UV. Gli UV sono utilizzati molto nella microlettronica, proprio a causa della lunghezza d'onda estremamente piccola, ma trovano applicazioni anche in alcune tecniche diagnostiche. Gli UV nella parte bassa dello spettro (380-300 nm) sono prodotti mediante scariche in gas a bassa pressione in tubi di quarzo. Nella parte più alta dello spettro con tecniche simili ai raggi X. == [[w:Raggi_X|Raggi X]]== I raggi X sono stati scoperti solo alla fine del XIX secolo, circa un secolo dopo gli ultravioletti, poiché la loro produzione non è semplice: vengono generati principalmente bombardando bersagli metallici con elettroni di alta energia, in condizioni di vuoto spinto. Lo spettro dei raggi X prodotti presenta due componenti: * La componente continua (o [[w:Bremsstrahlung|bremsstrahlung]], radiazione di frenamento) è dovuta alla decelerazione degli elettroni nell'urto contro il bersaglio: la sua intensità cresce con il numero atomico del bersaglio, mentre la sua energia massima (e quindi la lunghezza d'onda minima) è fissata dall'energia cinetica degli elettroni incidenti, secondo la relazione <math>\lambda_{min} = \dfrac{hc}{eV}</math>, dove <math>eV</math> è l'energia degli elettroni accelerati dalla tensione <math>V</math>: un elettrone, nell'urto più violento possibile, può cedere al fotone al massimo tutta la propria energia. * La componente discreta, o spettro caratteristico, si origina invece quando l'urto strappa un elettrone di uno strato interno del bersaglio: nel ristabilirsi dell'equilibrio, un elettrone di uno strato più esterno scende a occupare il livello liberato, emettendo un fotone X con frequenza corrispondente alla differenza di energia tra i due livelli. Poiché queste energie sono caratteristiche del singolo elemento, ogni materiale produce un proprio insieme di righe: con un bersaglio di [[w:Ferro|Ferro]] si ottengono ad esempio 4 righe tra 0,17 nm e 0,19 nm, mentre con il [[w:Molibdeno|Molibdeno]] si ottengono righe tra 0,063 nm e 0,071 nm. Attualmente, mediante la radiazione di sincrotrone, si riescono a produrre con notevole intensità e controllabilità sia raggi X che radiazione UV. [[File:Lat lebka.jpg|thumb|Radiografia laterale di un [[w:cranio umano|cranio umano]]]] Le applicazioni più importanti dei raggi X, fin dalla loro scoperta, sono la [[w:Radiografia|radiografia]] e la [[w:Cristallografia_a_raggi_X|cristallografia]]. In radiografia si sfrutta il diverso assorbimento dei vari tessuti del corpo umano, che permette di distinguerli nell'immagine. In cristallografia si sfrutta invece il fatto che la lunghezza d'onda dei raggi X è paragonabile alla distanza tra gli atomi in un reticolo cristallino: la figura di diffrazione che ne risulta permette di risalire alla struttura atomica dei solidi. Il corpo umano è relativamente trasparente ai raggi X — è proprio questo che rende possibile la radiografia — ma non è innocuo: attraversandolo, i raggi X ionizzano gli atomi incontrati, danneggiando in modo irreversibile anche i tessuti profondi. I raggi X sono quindi classificati tra le [[w:Radiazioni_ionizzanti|radiazioni ionizzanti]] dannose per l'organismo, con un potenziale lesivo maggiore rispetto agli UV, sia perché agiscono a maggiore profondità sia perché hanno un'energia per fotone più elevata. Schermi metallici spessi (ad esempio di piombo) costituiscono una buona protezione da questo tipo di radiazione. == [[w:Raggi_gamma|Raggi gamma]]== I raggi gamma rappresentano le lunghezze d'onda più brevi dello spettro delle onde elettromagnetiche. Sono prodotti da reazioni che avvengono all'interno del nucleo atomico, principalmente nel decadimento di isotopi radioattivi; esistono anche altri processi di produzione, come l'annichilazione elettrone-positrone o alcune reazioni nucleari indotte, ma sono meno diffusi nelle applicazioni pratiche. Vi è una parziale sovrapposizione in energia tra raggi gamma e raggi X: i raggi X caratteristici degli atomi con numero atomico molto elevato possono infatti raggiungere energie confrontabili con quelle di alcune transizioni nucleari a bassa energia. La distinzione tra i due tipi di radiazione è quindi convenzionalmente basata sull'origine (nucleare per i raggi gamma, elettronica per i raggi X) più che sulla lunghezza d'onda. Il potere penetrante dei raggi gamma è in genere molto maggiore di quello dei raggi X. Per la protezione da tali radiazioni si usano materiali ad alto numero atomico, come il piombo: per dare un'idea, se 1 cm di piombo dimezza l'intensità di un fascio di raggi gamma, occorrono circa 6 cm di cemento per ottenere lo stesso effetto. Gli effetti sulla materia vivente dei raggi gamma sono in genere peggiori di quelli dei raggi X a parità di intensità, a causa della maggiore energia dei singoli fotoni. L'interazione dei raggi gamma con la materia avviene principalmente attraverso tre meccanismi. Nell''''[[w:Effetto_fotoelettrico|effetto fotoelettrico]]''' il fotone cede tutta la sua energia a un elettrone atomico, che viene espulso con energia cinetica elevata. Nell''''[[w:Effetto_Compton|effetto Compton]]''' il fotone cede solo parte della propria energia a un elettrone, venendo diffuso con energia minore, mentre l'elettrone secondario prodotto è a sua volta energetico e distruttivo per i tessuti. Nella '''[[w:Produzione_di_coppia|produzione di coppie]]''', possibile solo per fotoni di energia superiore a 1,022 MeV, il fotone si converte in una coppia elettrone-positrone. A energie ancora più elevate sono possibili anche reazioni fotonucleari, in cui il fotone induce la trasformazione di un nucleo stabile in un isotopo radioattivo.. [[Categoria:Fisica classica]] 0o5v2rs1ts5clc1f1cjl8spwe92327c 0 41725 500252 496451 2026-07-31T18:28:18Z Giuse Lucaccioni 52765 /* */ errore della disposizione fonica 500252 wikitext text/x-wiki {{Disposizioni foniche di organi a canne}} [[File:Città di Castello, cattedrale dei Santi Florido e Amanzio - Organo a canne.jpg|center|300px]] * '''Costruttore:''' Antonio e Francesco Martinelli * '''Anno:''' 1842 * '''Restauri/modifiche:''' Pinchi (2015, restauro) * '''Registri:''' 26 * '''Canne:''' 920 * '''Trasmissione:''' meccanica * '''Consolle:''' a finestra, al centro della parete anteriore della cassa * '''Tastiere:''' 1 di 54 note con prima ottava cromatica estesa (''Do¹''-''Fa⁵'') * '''Pedaliera:''' a leggio di 18 note con prima ottava scavezza (''Do¹''-''La²''), costantemente unita al manuale * '''Collocazione:''' in corpo unico, sulla cantoria del transetto destro * '''Accessori:''' ''Tamburo acustico'', ''Tiratutti'' (a doppio meccanismo), ''Grancassa e Piatti'' {| border="0" cellspacing="0" cellpadding="20" style="border-collapse:collapse;" | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di sinistra - ''Concerto''''' ---- |- |Tromboncini || 8' Bassi |- |Tromboncini || 8' Soprani |- |Tromba || 8' Soprani |- |Fagotto || 8' Bassi |- |Flauto Traversiè || 8' |- |Flauto in ottava || 4' Bassi |- |Flauto in 8a || 4' Soprani |- |Decimino || 1.3/5' |- |Flasgiolè || 4' |- |Flauto in quinta || 2.2/3' |- |Voce umana || 8' |- |Carillon |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di destra - ''Ripieno''''' ---- |- |Principale || 8' Basso |- |Principale || 8' Soprani |- |Ottava || 4' Bassi |- |Ottava || 4' Soprani |- |Duodecima || 2.2/3' |- |Decimaquinta || 2' |- |Decimanona || 1.1/3' |- |Vigesimaseconda || 1' |- |Vigesimasesta || 2/3' |- |Vigesimanona || 1/2' |- |Trigesimaterza || 1/3' |- |Trigesimasesta || 1/4' |- |Contrabassi || 16' ^{(al Pedale)} |- |Ottave de' bassi || 8' ^{(al Pedale)} |- |Bombarda || ^{(al Pedale)} |- |} |} == Altri progetti == {{ip|w=Duomo di Città di Castello|w_preposizione=sulla|w_etichetta=cattedrale dei Santi Florido e Amanzio a Città di Castello}} {{Avanzamento|100%|19 luglio 2023}} [[Categoria:Disposizioni foniche di organi a canne]] kk7evxu8aj3biafc8mm17bz3sycju1p 0 59186 500253 499182 2026-07-31T20:02:07Z Musicista72 53770 /* */ aggiunte piedature cornetti 500253 wikitext text/x-wiki [[File:Collegiata di Sant'Agata Santhià.jpg|500px|centro]] * '''Costruttore:''' Fratelli Serassi * '''Anno:''' 1861 op. 654 * '''Restauri/modifiche:''' 1990 Italo Marzi & figli * '''Registri:''' 49 * '''Canne:''' 2209 * '''Trasmissione:''' meccanica * '''Consolle:''' a finestra * '''Tastiere:''' 2 di 61 note ciascuna (''Do¹''-''Do⁶'') (divisione Bassi/Soprani Si2-Do3) * '''Pedaliera:''' a leggio di 16 note (''Do¹''-''Mi♭²'') più terza mano, unione tastiere, timballone * '''Accessori:''' a destra della consolle :Tiratutti ripieno Grand' Organo, combinazione libera Grand' Organo, grancassa. A sinistra della consolle: Tiratutti Organo Eco, Gelosia Organo Eco * '''Pedaletti in ferro sopra la pedaliera:''' distacco tasto, ostinazione tasto, campanelli, fagotto bassi, tromba soprani, corno inglese, ottavino, ance, triangolo * '''Collocazione:''' in corpo unico sulla cantoria in controfacciata {| border="0" cellspacing="0" cellpadding="20" style="border-collapse:collapse;" | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Organo Eco'''<ref>comandi alla sinistra della consolle</ref> ---- |- |Principale ||8' Bassi |- |Principale ||8' Soprani |- |Ottava|| 4' Bassi |- |Ottava ||4' Soprani |- |Decimaquinta |- |Decimanona |- |Vigesimaseconda |- |Due di Ripieno |- |Viola ||4' Bassi |- |Flauto a camino ||8' Soprani |- |Violetta||8' Soprani |- |Voce flebile||8' Soprani |- |Flauto in selva||4' Soprani |- |Ottavino|| Soprani |- |Arpone||8' Bassi |- |Violoncello ||16' Soprani |- |Oboe ||8' Soprani |- |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Grand'Organo<ref>comandi alla destra della consolle</ref> ''Concerto''''' ---- |- |Campanelli |- |Corni da caccia |- |Cornetto I (VIII-XII) |- |Cornetto II (XV-XVII) |- |Fagotto ||Bassi |- |Tromba ||Soprani |- |Clarone || 4' Bassi |- |Corno inglese|| Soprani |- |Cornamusa || 8' Soprani |- |Violone|| 8' Bassi |- |Viola || 4' Bassi |- |Flutta ||8' Soprani |- |Flauto in VIII || Soprani |- |Ottavino|| Soprani |- |Voce umana |- |Clarino (Corni da Caccia più Corno Inglese) ||Soprani |- |Tromboni ||12' Pedale |- |Timballi || Pedale |- |Terza Mano |- |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Grand'Organo''' '''''Ripieno''''' ---- |- |Principale ||16' Bassi |- |Principale ||16' Soprani |- |Principale ||8' Bassi |- |Principale ||8' Soprani |- |Principale II|| 8' Bassi |- |Principale II|| 8' Soprani |- |Ottava ||Bassi |- |Ottava|| Soprani |- |Ottava II || Bassi/Soprani |- |Duodecima || |- |Decimaquinta |- |Decimanona |- |Vigesimaseconda |- |Due di Ripieno |- |Due di Ripieno |- |Due di Ripieno |- |Contrabassi e Ottave |- |Bassi armonici |- |} |} == Altri progetti == {{ip|w=Collegiata di Sant'Agata (Santhià)|w_preposizione=sulla|w_etichetta=Duomo di Sant'Agata a Santhià}} {{Disposizioni foniche di organi a canne}} == Collegamenti esterni == {{cita web|autore=Catalogo Generale dei beni culturali|url=https://catalogo.beniculturali.it/detail/MusicHeritage/0100006387}} {{Avanzamento|100%|13 gennaio 2026}} [[Categoria:Disposizioni foniche di organi a canne]] 4za9si6r7iq247ovqq5fum72ev66k4f 0 59223 500254 495783 2026-07-31T20:04:34Z Musicista72 53770 /* */ aggiunta opus e restauratore 500254 wikitext text/x-wiki {{Disposizioni foniche di organi a canne}} * '''Costruttore:''' Fratelli Serassi * '''Anno:''' 1836 op. 519 * '''Restauri/modifiche:''' Italo Marzi 1980 (restauro Filologico) * '''Registri:''' 29 * '''Canne:''' ? * '''Trasmissione:''' meccanica * '''Tastiere:''' 1 di 56 note (''Do¹''-''Sol⁵'', divisione Bassi/Soprani ''Si²''/''Do³'') * '''Pedaliera:''' piana-parallela di 17 note (''Do¹''-''Mi²'', 12 note reali) * '''Accessori:''' Ripieno, Combinazione libera alla lombarda, Terzamano * '''Collocazione:''' in corpo unico, su cantoria in controfacciata {| border="0" cellspacing="0" cellpadding="20" style="border-collapse:collapse;" | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di sinistra – ''Concerto''''' ---- |- |Campanelli |- |Corno dolce || Soprani |- |Cornetto I°<ref>4' + 2.2/3'</ref> |- |Cornetto II°<ref>2' + 1.3/5'</ref> |- |Tromba || 8' Bassi |- |Tromba ||8' Soprani |- |Clarone || 4' Bassi |- |Corno inglese || 16' Soprani |- |Viola ||4' Bassi |- |Flauto || 8' Soprani |- |Flauto in selva || 8' Soprani |- |Flauto in ottava |- |Flagioletto ||1/2' Bassi |- |Ottavino || 2' Soprani |- |Voce Umana || Soprani |- |Tromboni || 8' al pedale<ref>da ''Fa¹''</ref> |- |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di destra – ''Ripieno''''' ---- |- |Principale || 16' Bassi |- |Principale || 16' Soprani |- |Principale || 8' Bassi |- |Principale || 8' Soprani |- |Ottava || Bassi |- |Ottava ||Soprani |- |Duodecima |- |Decimaquinta |- |Decimanona |- |Vigesima seconda |- |Due di Ripieno<ref>XXVI-XXIX</ref> |- |Due di Ripieno<ref>XXIX-XXXIII</ref> |- |Due di Ripieno<ref>XXXIII-XXXVI</ref> |- |Contrabbassi e Rinforzi ||16' |- |Unione tasto-pedale |- |Timpani |- |} |} == Note == <references/> == Altri progetti == {{interprogetto|w=Chiesa di Santa Caterina d'Alessandria (Trino)|preposizione=sulla|etichetta=Chiesa di Santa Caterina d'Alessandria a Trino}} {{Avanzamento|100%|17 gennaio 2026}} [[Categoria:Disposizioni foniche di organi a canne]] 1gcr9tujfk2w45fyen5et9y5ufan8pt 500255 500254 2026-07-31T20:05:07Z Musicista72 53770 /* */ 500255 wikitext text/x-wiki {{Disposizioni foniche di organi a canne}} * '''Costruttore:''' Fratelli Serassi * '''Anno:''' 1836 op. 519 * '''Restauri/modifiche:''' Italo Marzi 1980 (restauro filologico) * '''Registri:''' 29 * '''Canne:''' ? * '''Trasmissione:''' meccanica * '''Tastiere:''' 1 di 56 note (''Do¹''-''Sol⁵'', divisione Bassi/Soprani ''Si²''/''Do³'') * '''Pedaliera:''' piana-parallela di 17 note (''Do¹''-''Mi²'', 12 note reali) * '''Accessori:''' Ripieno, Combinazione libera alla lombarda, Terzamano * '''Collocazione:''' in corpo unico, su cantoria in controfacciata {| border="0" cellspacing="0" cellpadding="20" style="border-collapse:collapse;" | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di sinistra – ''Concerto''''' ---- |- |Campanelli |- |Corno dolce || Soprani |- |Cornetto I°<ref>4' + 2.2/3'</ref> |- |Cornetto II°<ref>2' + 1.3/5'</ref> |- |Tromba || 8' Bassi |- |Tromba ||8' Soprani |- |Clarone || 4' Bassi |- |Corno inglese || 16' Soprani |- |Viola ||4' Bassi |- |Flauto || 8' Soprani |- |Flauto in selva || 8' Soprani |- |Flauto in ottava |- |Flagioletto ||1/2' Bassi |- |Ottavino || 2' Soprani |- |Voce Umana || Soprani |- |Tromboni || 8' al pedale<ref>da ''Fa¹''</ref> |- |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Colonna di destra – ''Ripieno''''' ---- |- |Principale || 16' Bassi |- |Principale || 16' Soprani |- |Principale || 8' Bassi |- |Principale || 8' Soprani |- |Ottava || Bassi |- |Ottava ||Soprani |- |Duodecima |- |Decimaquinta |- |Decimanona |- |Vigesima seconda |- |Due di Ripieno<ref>XXVI-XXIX</ref> |- |Due di Ripieno<ref>XXIX-XXXIII</ref> |- |Due di Ripieno<ref>XXXIII-XXXVI</ref> |- |Contrabbassi e Rinforzi ||16' |- |Unione tasto-pedale |- |Timpani |- |} |} == Note == <references/> == Altri progetti == {{interprogetto|w=Chiesa di Santa Caterina d'Alessandria (Trino)|preposizione=sulla|etichetta=Chiesa di Santa Caterina d'Alessandria a Trino}} {{Avanzamento|100%|17 gennaio 2026}} [[Categoria:Disposizioni foniche di organi a canne]] lfgkfue7s7apoacyt68iteye1njf5t2 0 60042 500248 491911 2026-07-31T17:21:30Z Hippias 18281 modifiche minori 500248 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Pertanto, l'equazione di Lorentz–Dirac è: <math>\frac{dp^\mu}{ds} = e F^{\mu\nu}_{\text{ext}} u_\nu + \frac{e^2}{6\pi} w^2 u^\mu + \frac{e^2}{6\pi} \frac{dw^\mu}{ds}</math> Si tratta dell'equazione che, dati i campi esterni, determina la traiettoria della particella tenendo conto della reazione di radiazione. Notiamo però che a differenza di tutte le equazioni del moto che conosciamo, questa è un'equazione del terzo ordine: ciò è molto strano, perché significa che per determinare la traiettoria di una particella non è sufficiente conoscere posizione e velocità iniziali (serve anche l'accelerazione iniziale). L'equazione di Lorentz–Dirac, infatti, porta a conseguenze patologiche e paradossali: ciò è espressione del fatto che l'elettromagnetismo classico non è completamente consistente. Per analizzare queste conseguenze paradossali, consideriamo le componenti spaziali dell'equazione di Lorentz–Dirac nel limite non relativistico (ossia <math>w^\mu \to (0,\vec{a})</math>, <math>u^\mu \to (1,0,0,0)</math> e <math>s \to t</math> nel sistema di riferimento di quiete istantanea): <math>m \vec{a} = \frac{e^2}{6\pi} \frac{d}{dt} \vec{a} + e \vec{E}</math> (il termine con <math>\vec{B}</math> è trascurabile). Consideriamo il caso in cui non ci sia campo esterno, ossia <math>\vec{E}=0</math>; ci aspettiamo dunque che <math>\vec{a}=0</math> (ossia la particella si muove di moto rettilineo uniforme). In realtà, se <math>\vec{E}=0</math> quest'equazione diventa: <math>\vec{a} = \frac{e^2}{6\pi m} \frac{d\vec{a}}{dt} := \tau \frac{d\vec{a}}{dt}</math> e quindi <math>\vec{a}(t) = \vec{a}_0 e^{\frac{t}{\tau}}</math>: secondo la parte spaziale dell'equazione di Lorentz–Dirac nel limite non relativistico una particella in assenza di campi esterni accelererebbe, con un'accelerazione che peraltro diverge all'infinito (questo tipo di soluzioni sono dette “run-away”). Si tratta, ovviamente, di soluzioni fisicamente insensate, a parte il caso <math>\vec{a}_0 = 0</math>. Se dunque aggiungessimo la condizione <math>\vec{a}_0 = 0</math> si avrebbe effettivamente: <math>\lim_{t \to \infty} \vec{a}(t) = 0</math> e quindi teoricamente avremmo risolto questo paradosso (anche se il fatto di dover aggiungere una condizione ad hoc è decisamente poco soddisfacente). Il problema è che esiste un altro paradosso, decisamente più grave, detto “preaccelerazione”: in pratica, risolvendo esplicitamente l'equazione di Lorentz–Dirac risulta che l'accelerazione della particella anticipa la forza, ossia risente della forza prima ancora che questa si sia effettivamente esercitata; si tratta insomma di una palese violazione del principio di causalità. Vediamo un modo approssimato per renderci conto di questo paradosso. Riscriviamo l'equazione di Lorentz–Dirac come (<math>\tau := e^2/6\pi m</math>): <math>m\bigg( w^\mu - \tau \frac{dw^\mu}{ds} \bigg) = e F^{\mu\nu}_{\text{ext}} u_\nu + \frac{e^2}{6\pi} w^2 u^\mu := F^{\mu}_{\text{eff}}(s)</math> ove abbiamo rinominato il secondo membro come una forza effettiva. Il termine fra parentesi è lo sviluppo in serie di Taylor fino al primo ordine di <math>w^\mu(s-\tau)</math>; si ha insomma: <math>m w^\mu(s-\tau) + O(\tau^2) = F^{\mu\nu}_{\text{eff}}(s)</math> e, rinominando <math>s-\tau</math> con <math>s</math>: <math>m w^\mu(s) \approx F^{\mu\nu}_{\text{eff}}(s+\tau)</math> Un altro modo per vederlo (lo si lascia come esercizio) è risolvere l'equazione di Lorentz–Dirac con <math>\vec{E}(t) = \vec{E}\Theta(t)</math>. Risulta: <math>\vec{a}(t) = \vec{a}_0 e^{\frac{t}{\tau}} + \frac{e}{m} \vec{E} \Theta(t) \big(1 - e^{\frac{t}{\tau}}\big)</math> Stavolta va richiesto che <math>\lim_{t \to \infty} \vec{a}(t)</math> sia finito (non nullo), e risulta: <math>\vec{a}(t) = \frac{e}{m} \vec{E} \big[ e^{\frac{t}{\tau}} (1-\Theta(t)) + \Theta(t) \big] = \frac{e}{m} \vec{E} \big[ e^{\frac{t}{\tau}} \Theta(-t) + \Theta(t) \big]</math> C'è dunque un termine (quello con <math>\Theta(-t)</math>) che non è nullo quando il campo ancora “non esiste”. La situazione, però, non è così tragica come sembra, perché i tempi per i quali avviene la violazione sono dell'ordine di <math>\tau</math>, che come sappiamo è molto piccolo. Insomma, formalmente l'equazione di Lorentz–Dirac crea problemi, che non sono però fisicamente così rilevanti. Cerchiamo, dunque, di capire fino a che punto possiamo usare l'equazione di Lorentz–Dirac, ossia quand'è che diventano importanti gli effetti quantistici. Supponiamo dunque di avere un fenomeno di tempo caratteristico <math>\Delta T</math>; a questo corrisponde un'indeterminazione sull'energia pari a <math>\Delta E \sim \hbar / \Delta T</math>. Se <math>\Delta E</math> è talmente grande da poter creare coppie particella–antiparticella, allora quest'incertezza non è più trascurabile, o in altre parole gli effetti quantistici non sono più trascurabili se <math>\Delta E \gtrsim 2 m</math>. Quindi, quando <math>\Delta T \lesssim \frac{\hbar}{2 m}</math> la meccanica classica (e quindi l'equazione di Lorentz–Dirac) non è più utilizzabile. Confrontiamo dunque <math>\Delta T</math> con <math>\tau</math>: <math>\Delta T \lesssim \frac{\hbar}{2 m} \sim \frac{4\pi \hbar}{e^2} \frac{e^2}{6\pi m} = \frac{\tau}{\alpha}</math> ove <math>\alpha = e^2/4\pi \hbar</math> è la cosiddetta “costante di struttura fine”; <math>\alpha</math> è un numero piccolo (in particolare <math>\alpha \approx 1/137</math>). Quindi: <math>\Delta T \lesssim 137 \tau</math> Pertanto, l'equazione di Lorentz–Dirac è “valida” solo per tempi molto maggiori di circa <math>137 \tau</math> (al di sotto di questi non lo è più). Abbiamo anche visto che per tempi molto maggiori di <math>\tau</math> la reazione di radiazione è trascurabile: pertanto, non ha senso risolvere l'equazione di Lorentz–Dirac perché il termine <math>\frac{e^2}{6\pi} \frac{d\vec{a}}{dt}</math> è molto piccolo (tutti questi discorsi valgono anche per l'equazione di Lorentz–Dirac nel caso relativistico). Pertanto, l'equazione di Lorentz–Dirac va risolta considerando il termine di Schott come una piccola perturbazione; in particolare, si risolve prima l'equazione senza la perturbazione, e poi la si “reinserisce”: <math>m\vec{a} \simeq e \vec{E} \xrightarrow{\mathrm{L-D}} m\vec{a} \simeq e \vec{E} + \frac{e^2}{6\pi} \frac{d}{dt}\left( \frac{e}{m} \vec{E} \right) + O(\tau^2)</math> In questo modo, i paradossi dell'equazione di Lorentz–Dirac scompaiono. Insomma, per ricapitolare, le conseguenze paradossali dell'equazione di Lorentz–Dirac scompaiono se la si pensa come equazione approssimata. {{Avanzamento|100%|31 luglio 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|L&#39;equazione di Lorentz-Dirac e le sue conseguenze]] 7oftmnm6viqx2vhpinchlfxm69t82fx 0 60043 500250 491912 2026-07-31T17:57:46Z Hippias 18281 modifiche minori 500250 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Analizziamo infine un altro argomento di grande interesse dal punto di vista teorico (anche se sperimentalmente, ad oggi, non ne esistono conferme): l'esistenza e le proprietà di cariche magnetiche. Nelle equazioni di Maxwell non compaiono cariche magnetiche, che peraltro non sono ancora state osservate sperimentalmente. Dal punto di vista teorico, però, ci sarebbe la forte tentazione di introdurle, perché renderebbero le equazioni di Maxwell simmetriche (in un senso che ora specificheremo) e permetterebbero di spiegare perché le cariche elettriche sono quantizzate. Consideriamo le equazioni di Maxwell nel vuoto: <math>\partial_\mu F^{\mu\nu} = 0 \qquad \partial_\mu \tilde{F}^{\mu\nu} = 0</math> ove <math>\tilde{F}^{\mu\nu} = \frac{1}{2} \varepsilon^{\mu\nu\rho\sigma} F_{\rho\sigma}</math> (sono le identità di Bianchi). Queste equazioni ammettono una simmetria: se <math>F^{\mu\nu} \to \tilde{F}^{\mu\nu}</math> e <math>\tilde{F}^{\mu\nu} \to -F^{\mu\nu}</math> le equazioni restano inalterate. In termini di campi, ciò equivale alle sostituzioni <math>\vec{E} \to \vec{B}</math> e <math>\vec{B} \to -\vec{E}</math>. Questa simmetria è detta “dualità elettromagnetica”; si tratta di una simmetria discreta, che però può essere estesa a una simmetria interna: <math>\begin{matrix}\partial_\mu F^{\mu\nu} = 0 \\ \partial_\mu \tilde{F}^{\mu\nu} = 0 \end{matrix} \quad \Longleftrightarrow \quad \partial_\mu \big( F^{\mu\nu} + i \tilde{F}^{\mu\nu} \big) = 0 \quad \Rightarrow</math> <math>\Rightarrow \quad F^{\mu\nu} + i \tilde{F}^{\mu\nu} \longrightarrow e^{i\varphi} \big( F^{\mu\nu} + i \tilde{F}^{\mu\nu} \big), \qquad \varphi \in \mathbb{R}</math> In termini di campi: <math>\begin{pmatrix} \vec{E} \\ \vec{B} \end{pmatrix} \longrightarrow \begin{pmatrix} \cos\varphi & \sin\varphi \\ -\sin\varphi & \cos\varphi \end{pmatrix} \begin{pmatrix} \vec{E} \\ \vec{B} \end{pmatrix}</math> Questa però, non è una simmetria della lagrangiana, ma solo delle equazioni (insomma, non esiste nessuna quantità conservata relativa a questa simmetria). Se però consideriamo le equazioni di Maxwell con sorgenti, questa simmetria è rotta. Possiamo modificarle in modo da renderle simmetriche? La risposta è affermativa; ad esempio: <math>\partial_\mu F^{\mu\nu} = j_e^\nu, \qquad \partial_\mu \tilde{F}^{\mu\nu} = j_m^\nu</math> ove gli indici <math>e</math> e <math>m</math> stanno, rispettivamente, per “elettrico” e “magnetico”; in- somma, <math>j_m^\mu = (\rho_m, \vec{j}_m)</math>, con <math>\rho_m</math> densità di carica magnetica e <math>\vec{j}_m</math> densità di corrente magnetica. Pertanto, le equazioni sono ora simmetriche rispetto alle trasformazioni <math>F^{\mu\nu} + i \tilde{F}^{\mu\nu} \longrightarrow e^{i\varphi} \big( F^{\mu\nu} + i \tilde{F}^{\mu\nu} \big) \quad \text{e} \quad j_e^\mu + i j_m^\mu \longrightarrow e^{i\varphi} ( j_e^\mu + i j_m^\mu )</math> Per essere precisi, volendo una teoria completamente simmetrica sotto questa trasformazione dobbiamo modificare anche l'equazione di Lorentz: <math>\frac{dp^\mu}{ds} = e F^{\mu\nu} u_\nu + g \tilde{F}^{\mu\nu} u_\nu</math> ove <math>g</math> è la carica magnetica. Si può verificare che il tensore energia–impulso di questa teoria è identico a quello che già conosciamo. Dal punto di vista quantistico, però, non è evidente che questa teoria sia consistente: abbiamo infatti modificato l'identità di Bianchi, che era quella che ci permetteva di introdurre il quadripotenziale. Questo è un problema perché l'equazione di Schrödinger in un campo elettromagnetico si può esprimere solo in termini del quadripotenziale. Consideriamo il caso più semplice possibile: un monopolo magnetico, ossia una carica magnetica puntiforme. Cerchiamo di capire cosa accada al quadripotenziale. Si ha <math>\rho_m = g \delta^{(3)}(\vec{x})</math> e <math>\vec{j}_m = 0</math>; in termini di <math>\vec{B}</math> ed <math>\vec{E}</math>, si ha: <math>\vec{\nabla} \cdot \vec{B} = g \delta^{(3)}(\vec{x}), \qquad \vec{E} = 0</math> Una soluzione per l'equazione in <math>\vec{B}</math> è (l'equazione è formalmente identica a quella di Coulomb): <math>\vec{B} = \frac{g}{4\pi} \frac{\vec{x}}{r^3}</math> (le altre equazioni non cambiano). Sicuramente, dunque, poiché <math>\vec{\nabla} \cdot \vec{B} \neq 0</math>, non esisterà nessun campo <math>\vec{A}</math> tale che <math>\vec{B} = \vec{\nabla} \times \vec{A}</math>; tuttavia, la divergenza di <math>\vec{B}</math> è non nulla solo nell'origine: potremmo dunque definire <math>\vec{A}</math> in <math>D := \mathbb{R}^3 \setminus \{0\}</math>. Il problema è che <math>D</math> è uno di quei domini nei quali molti risultati teorici (come il lemma di Poincaré) non si possono più applicare. Si ha che: <math>\vec{A} = \frac{g}{4\pi} \frac{z}{r(x^2 + y^2)} \begin{pmatrix} y \\ -x \\ 0 \end{pmatrix}</math> è il campo che cerchiamo. In coordinate polari: <math>\vec{A} = \frac{g}{4\pi} \frac{1}{r} \frac{\cos\theta}{\sin\theta} \begin{pmatrix} \cos\varphi \\ -\sin\varphi \\ 0 \end{pmatrix}</math> Esistono due singolarità: <math>r = 0</math> (e non ce ne dobbiamo preoccupare, perché <math>0 \notin D</math>), e <math>\theta = 0,\pi</math>. Quest'ultimo è solo un fatto matematico, che non ha senso fisico. Ci chiediamo dunque se esistano altre soluzioni che non siano singolari. La risposta è negativa, ma con una trasformazione di gauge si può eliminare o la divergenza per <math>\theta = 0</math> o quella per <math>\theta = \pi</math>. Infatti, se: <math>\vec{A}' = \vec{A} + \vec{\nabla} \lambda, \qquad \lambda = \frac{g}{4\pi} \varphi = \frac{g}{4\pi} \arctan\big(\frac{x}{y}\big)</math> allora risulta che: <math>\vec{A}' = \frac{g}{4\pi r} \frac{\cos\theta - 1}{\sin\theta} \begin{pmatrix} \cos\varphi \\ -\sin\varphi \\ 0 \end{pmatrix}</math> che non è più singolare in <math>\theta = 0</math> ( <math>\cos\theta \simeq 1 - \theta^2/2</math>, quindi <math>\cos\theta/\sin\theta \simeq \theta</math> ), anche se la singolarità<ref>Le semirette <math>\theta = 0</math> o <math>\theta = \pi</math> sono dette “stringhe di Dirac”.</ref> per <math>\theta = \pi</math> permane. Se invece <math>\vec{A}'' = \vec{A} - \vec{\nabla} \lambda</math>, si ha: <math>\vec{A}'' = \frac{g}{4\pi} \frac{\cos\theta + 1}{\sin\theta} \begin{pmatrix} \cos\varphi \\ -\sin\varphi \\ 0 \end{pmatrix}</math> che stavolta è singolare in <math>\theta = 0</math> e regolare in <math>\theta = \pi</math>. Non è dunque possibile trovare un potenziale regolare dappertutto. Un altro modo per vederlo è il seguente: chiamiamo <math>C_\theta</math> la circonferenza composta dai punti di ascensione <math>\theta</math> e <math>\vec{A}</math> il quadripotenziale regolare per <math>\theta = 0</math>; allora: <math>\oint_{C_\theta} \vec{A}\cdot d\vec{x} = \int_S \underbrace{(\vec{\nabla} \cdot \vec{A})}_B \cdot d\vec{\Sigma}</math> ove il passaggio è l'applicazione del teorema di Stokes, con <math>S</math> la calotta sferica “superiore” (ossia quella che sta “sopra” <math>C_\theta</math>). Facciamo dunque aumentare <math>\theta</math> finché <math>\theta = \pi</math> (se <math>\theta \approx \pi</math>, <math>C_\pi</math> è un cerchio piccolissimo attorno alla semiretta <math>\theta = \pi</math>); si ha ancora: <math>\oint_{C_\pi} \vec{A}\cdot d\vec{x} = \int_S \vec{B}\cdot d\vec{\Sigma} = g \neq 0 </math> ove abbiamo applicato il teorema di Gauss. Ma allora poiché la circuitazione di <math>\vec{A}</math> è non nulla su <math>C_\pi</math>, si ha che <math>\vec{A}</math> è singolare per <math>\theta = \pi</math>. Analogamente per il viceversa, ossia se consideriamo <math>\vec{A}</math> singolare per <math>\theta = \pi</math>. Dunque, il meglio che possiamo fare è “coprire” <math>D</math> con due carte e definirci sopra un <math>\vec{A}</math> regolare. Ad esempio: <math>D_- = \mathbb{R}^3 \setminus \{\theta = \pi\} \longrightarrow \vec{A}' \qquad D_+ = \mathbb{R}^3 \setminus \{\theta = 0\} \longrightarrow \vec{A}''</math> Nell'intersezione dei domini, <math>\vec{A}'</math> e <math>\vec{A}''</math> sono legati dalla trasformazione di gauge <math>\vec{A}' - \vec{A}'' = 2 \nabla \lambda</math>. In termini di geometria differenziale, <math>\vec{A}</math> è la sezione di un fibrato non banale. == Note == <references /> {{Avanzamento|100%|31 luglio 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|La dualità elettromagnetica e le sue conseguenze]] qwdx6qiml8rrcecpx35b2w3ygomi98n 0 60044 500251 491913 2026-07-31T18:04:27Z Hippias 18281 modifiche minori 500251 wikitext text/x-wiki {{Elettrodinamica classica}} Cerchiamo ora di scrivere l'equazione di Schrödinger di una particella in moto in presenza di un quadripotenziale <math>\vec{A}</math>. L'equazione di Schrödinger per una particella libera è: <math>\frac{p^2}{2m} \psi = i \frac{\partial \psi}{\partial t}</math> Se la lagrangiana del sistema è <math>\mathcal{L} = \frac{1}{2} m \dot{x}^2</math> il momento coniugato a <math>x</math> è <math>p = \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial \dot{x}} = m \dot{x}</math> Nel caso quantistico, <math>[x,p] = i\hbar</math>, se <math>p</math> è il momento coniugato a <math>x</math>. Dunque, <math>p</math> può essere rappresentato come <math>p = -i \hbar \frac{\partial}{\partial x}</math> e perciò: <math>- \frac{\hbar^2}{2m} \nabla^2 \psi = i \hbar \frac{\partial \psi}{\partial t}</math> Con un campo elettromagnetico, la lagrangiana del sistema diventa: <math>\mathcal{L} = \frac{1}{2} m \dot{x}^2 - e A_i \dot{x}^i</math> e quindi il momento coniugato a <math>x</math> è: <math>p^i = \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial \dot{x}^i} = m \dot{x}^i - e A^i</math> che, in meccanica quantistica, si rappresenta come <math>-i\hbar \frac{\partial}{\partial x^i}</math> In questo caso, l'hamiltoniana del sistema è: <math>H = p \dot{x} - \mathcal{L} = \frac{1}{2} m \dot{x}^2 = \frac{1}{2m} (p_i + e A_i)^2 = \frac{1}{2m} \big( -i\hbar \nabla + e \vec{A} \big)^2 \Rightarrow </math> <math>\Rightarrow H = - \frac{\hbar^2}{2m} \left( \nabla + i \frac{e}{\hbar} \vec{A} \right)^2</math> Quindi, l'equazione di Schrödinger per una particella in moto in un campo elettromagnetico è: <math>i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = \frac{\hbar^2}{2m} \left( \nabla + i \frac{e}{\hbar} \vec{A} \right)^2 \psi</math> Affinché quest'equazione sia invariante di gauge, si devono effettuare le trasformazioni <math>\vec{A} \mapsto \vec{A} + \nabla \lambda</math>, <math>\psi \mapsto \psi e^{-i e \lambda / \hbar}</math>. In <math>D_+</math>, dunque, ci sarà una soluzione <math>\psi'</math> dell'equazione di Schrödinger, e in <math>D_-</math> un'altra <math>\psi''</math>; nell'intersezione si ha <math>\psi'' = \psi' e^{-i e \lambda / \hbar}</math>. Poiché <math>\lambda = \frac{g}{4\pi} \phi</math> allora le soluzioni devono essere periodiche in <math>\varphi</math>, ossia invarianti sotto <math>\varphi \mapsto \varphi + 2\pi</math>: in particolare, anche l'esponenziale deve esserlo. Si ha perciò: <math>e^{-i e \lambda / \hbar} = e^{-i e \frac{g}{4\pi} \phi / \hbar}</math> deve essere invariante passando a <math>\varphi + 2\pi</math>, quindi: <math>e^{-i \frac{e}{\hbar} 2 \frac{g}{4\pi} \varphi} = e^{-i \frac{e}{\hbar} 2 \frac{g}{4\pi} (\varphi + 2\pi)} \Rightarrow \frac{e g}{2\pi \hbar} = n, \quad n \in \mathbb{Z}</math> Questa condizione, che rappresenta la quantizzazione delle cariche (elettriche e magnetiche), è detta “condizione di quantizzazione di Dirac”. Come anticipato, l'esistenza delle cariche magnetiche giustifica la quantizzazione delle cariche elettriche. {{Avanzamento|100%|31 luglio 2026}} [[Categoria:Elettrodinamica classica|La quantizzazione delle cariche]] eyh8mpiuqbpr94cdvrmsxcs6sikszhq 0 60433 500247 498045 2026-07-31T15:26:17Z C04carl06 54634 Aggiunta della seconda consolle (quella originale) e alcune modifiche alla disposizione fonica 500247 wikitext text/x-wiki {{Disposizioni foniche di organi a canne}} * '''Costruttore:''' Mascioni (''Opus 502'') * '''Anno:''' 1937 * '''Restauri/modifiche:''' Mascioni (restauro, 1990) * '''Registri:''' 15 * '''Canne:''' 1227 * '''Trasmissione:''' elettrica * '''Consolle:''' 2 indipendenti, quella originale fissa in cantoria, la seconda mobile a pavimento nella navata di sinistra * '''Tastiere:''' 2 di 58 note ciascuna (''Do¹''-La''⁵'')<ref>La consolle a pavimento ha due tastiere di 61 note ciascuna (''Do¹''-Do''⁶'') e una pedaliera concavo-radiale da 32 note (''Do¹''-''Sol³'')</ref> * '''Pedaliera:''' concavo-radiale di 30 note (''Do¹''-''Fa³'') * '''Collocazione:''' in corpo unico, sulla cantoria in controfacciata {| border="0" cellspacing="0" cellpadding="20" style="border-collapse:collapse;" | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''I - ''Grand'Organo''''' ---- |- |Principale || 16' |- |Principale || 8' |- |Flauto || 8' |- |Salicionale || 8' |- |Ottava || 4' |- |Decimaquinta ||2' |- |Ripieno 5 file || 1 1/3' |- |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''II - ''Espressivo''''' ---- |- |Bordone || 8' |- |Viola da gamba|| 8' |- |Flauto traverso || 4' |- |Coro viole || 8' |- |Tromba || 8' |- |} | style="vertical-align:top" | {| border="0" | colspan=2 | '''Pedale''' ---- |- |Basso violone || 16' |- |Subbasso || 16' |- |Basso ottava || 8' |- |} |} == Altri progetti == {{interprogetto|w=Chiesa di Sant'Ambrogio (Inverigo)|preposizione=sulla|etichetta=Chiesa di Sant'Ambrogio a Inverigo}} {{Avanzamento|100%|17 maggio 2026}} [[Categoria:Disposizioni foniche di organi a canne]] el1jo1dvj5o9jcc9wmhu15ulpdeigav 0 60817 500256 2026-07-31T20:11:36Z Hippias 18281 nuova copertina 500256 wikitext text/x-wiki {{copertina | immagine = Light painting screw.jpg }} 76gf4k3p6vozjl8hhsa1ljr28y4b0m5