Spettro elettromagnetico: cosa si intende e le tipologie di radiazioni
Nello studio della natura delle onde luminose occorre avere presente lo spettro elettromagnetico (EM). Si tratta brevemente dell’insieme di tutte le frequenza possibili (o meglio conosciute) di questo tipo di radiazioni. All’interno della gamma di onde la banda più conosciuta è quella dello spettro del visibile, la luce che noi distinguiamo a occhio nudo (e ci permette di vedere i colori).
Lo spettro elettromagnetico spazia dalle onde e con frequenze altissime come i raggi γ a quelle con lunghezze superiori e frequenze basse come le onde radio. Analizzeremo di seguito le caratteristiche delle varie radiazioni che sono in esso comprese.
Lo spettro elettromagnetico e le onde
Le onde elettromagnetiche furono definitive per la prima volta da James Clerk Maxwell, fisico e matematico vissuto in Scozia verso metà Ottocento. Egli scoprì infatti che ogni carica elettrica che si muova oscillando generi sia un campo elettrico che uno magnetico, i quali risultano perpendicolari fra loro. Propagandosi assumono la natura di un fenomeno ondulatorio.
Lo spettro elettromagnetico serve a classificare queste onde sulla base dei loro valori di lunghezza d’onda. Ognuna di loro è caratterizzata, oltre che da questo parametro, anche da una frequenza, da un’ampiezza e da una velocità di propagazione. Meglio definirle per comprendere meglio la natura dei fenomeni ondulatori:
- La frequenza si indica con il simbolo ν e corrisponde al numero delle oscillazioni che l’onda compie in un secondo.
- La lunghezza d’onda considerata nello spettro elettromagnetico si indica con λ. Rappresenta la distanza fra due creste successive e si misura in metri e nei sottomultipli di tale unità (micrometri, nanometri eccetera).
- L’ampiezza ha come simbolo A e rappresenta l’altezza della cresta dell’onda rispetto al proprio asse di propagazione.
- La velocità di propagazione è data dal prodotto fra lunghezza d’onda e frequenza e dipende dal mezzo (vuoto, aria, acqua).
Raggi gamma e raggi X
Lo spettro elettromagnetico si legge da sinistra dove ci sono le onde con lunghezza minore fino a destra, dove questa aumenta e la frequenza diminuisce. Questo andamento rispecchia anche l’energia delle onde elettromagnetiche, massima quando la frequenza è alta ma che diminuisce di pari passo.
Le radiazioni più forti e con lunghezza d’onda minore ( 10-12-10-15) sono i raggi γ. La loro emissione avviene durante il decadimento radioattivo di alcuni elementi pesanti o a causa della cattura elettronica, una reazione fra un elettrone e un protone. Possono penetrare i tessuti biologici con facilità e per questo trovano impiego in alcune terapie per il cancro (radioterapia).
Aumentando leggermente la lunghezza d’onda e proseguendo verso destra nello spettro elettromagnetico si trovano i raggi X. Siamo fra i 10-9 e i 10-11 m, ancora distanti dallo spettro visibile. Si parla di raggi X “duri” per quelli con frequenza più alta e lunghezza minore, mentre verso i 10-9 si usa la definizione di raggi “molli”.
Questi ultimi sono quelli usati per le TAC (Tomografia assiale computerizzata) e le radiografie, in modo da esporre i pazienti a radiazioni più tollerabili. In generale i raggi X sono uno degli agenti cancerogeni e mutageni più conosciuti data la capacità di provocare alterazioni nel DNA. Sono utilizzati anche per le analisi cristallografiche.
Lo spettro elettromagnetico dell’ultravioletto e del visibile
Dopo l’ultravioletto si arriva finalmente alle lunghezze d’onda a noi visibili, quelle nella stretta fascia fra i 390 e i 760 nm. Tale spettro va dalla sfumatura del blu-violetto (390-500 nm circa) al rosso (700 -760 nm) passando per il giallo-verde (550-650 nm). Sappiamo bene che in tutto si possono distinguere sette colori: giallo, rosso, arancio, verde, blu, indaco e violetto.
Normalmente vediamo la luce di colore bianco, ma sfruttando un prisma si possono distinguere le bande di colore. Ciò è possibile grazie al fenomeno della rifrazione dei raggi che può verificarsi anche in natura. Grazie alle goccioline d’acqua sospese che deviano la luce solare si formano gli arcobaleni.
