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Spettro elettromagnetico in fisica

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Lo spettro elettromagnetico in fisica è tra i nuovi argomenti del test di medicina 2023 e veterinaria.

A seguire, trovi le nozioni base da conoscere per rispondere ai quiz sullo spettro elettromagnetico del TOLC Medicina e del TOLC Veterinaria.

In più, guarda la videolezione sullo spettro elettromagnetico con un esercizio svolto. Trovi il video a fine pagina. La nostra tutor di fisica spiega in modo molto semplice i concetti fondamentali sullo spettro elettromagnetico.

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Che cos’è lo spettro elettromagnetico

Cosa si intende per spettro elettromagnetico? Lo spettro elettromagnetico è anche detto spettro EM.

La più diffusa definizione di spettro elettromagnetico è: l’insieme di tutte le possibili frequenze della radiazione elettromagnetica.

Lo spettro elettromagnetico viene spesso usato nella vita quotidiana, dove trova molteplici applicazioni. Tra le più comuni ci sono: i forni a microonde, le radiografie per la diagnostica medica, le radiocomunicazioni. Ma viene utilizzato anche per le comunicazioni basate sulla banda ottica e gli infrarossi e per alcuni sistemi di riscaldamento.

Come funziona lo spettro elettromagnetico

Lo spettro elettromagnetico descrive come l’intensità di una radiazione elettromagnetica si distribuisce in funzione di lunghezza d’onda, frequenza o energia della radiazione elettromagnetica.

Lo spettro è suddiviso in 3 parti:

  • la prima da sinistra presenta frequenza maggiore e lunghezza d’onda minore, come raggi gamma, raggi X e ultravioletti (UV), che per la loro elevata energia possono causare danni nell’uomo. Infatti, le radiazioni con frequenza elevata hanno molta energia;
  • la parte centrale dello spettro visibile, ossia lo spettro della luce include tutte quelle radiazioni che vengono percepite dai nostri occhi;
  • all’altro estremo c’è la banda con frequenza minore e lunghezza d’onda maggiore, che include radiazioni come infrarossi, onde radio e microonde che hanno minore energia e bassa intensità e quindi sono molto meno pericolose.

Tra frequenza, lunghezza d’onda e velocità di propagazione della radiazione sussiste una relazione matematica espressa dalla formula della velocità di un’onda elettromagnetica:

c = λ ∙ v dove

  • c è una costante e indica la velocità di propagazione di una radiazione nel vuoto, c = 300.000 Km/s; c è costante e infatti λ e v sono inversamente proporzionali;
  • λ (lambda) è la lunghezza d’onda. La lunghezza d’onda è la distanza che c’è fra due punti massimi e due punti minimi di un’onda elettromagnetica;
  • v è la frequenza e indica il numero di oscillazione della razione per secondo.

A seguire, trovi la tabella con frequenza e lunghezza d’onda per tipo di radiazione.

disegno spettro elettromagnetico
Lo spettro elettromagnetico

Spettro elettromagnetico: tipi di radiazioni

Quali sono i componenti dello spettro elettromagnetico? Ogni componente del campo elettromagnetico occupa una zona ampia. Tra le varie zone non ci sono confini netti.

I tipi di radiazioni dello spettro elettromagnetico sono:

  • raggi γ o raggi gamma
  • raggi X
  • ultravioletto
  • visibile
  • infrarosso
  • microonde
  • onde radio
Tipo di radiazione Lunghezza d'onda Frequenza
Raggi gamma ≤1 pm ≥300 EHz
Raggi X 1 pm - 10 nm 300 EHz - 30 PHz
Ultravioletti 10 nm - 400 nm 30 PHz - 749 THz
Spettro visibile 400 nm - 700 nm 749 THz - 428 THz
Infrarossi 700 nm - 1 mm 428 THz - 300 GHz
Microonde 1 mm - 10 cm 300 GHz - 3 GHz
Onde radio 10 cm - 10 km ≤3 GHz

Raggi gamma

I raggi γ (gamma) sono le radiazioni con lunghezza d’onda minore e quindi frequenza maggiore. Sono radiazioni a energia molto elevata. Infatti, sono il risultato di reazioni che si verificano nel nucleo dell’atomo come prodotto di processi di decadimento radioattivo.

Raggi X

I raggi X hanno lunghezza d’onda brevi, tra 10-9 e 10-11 m ed elevate frequenze, da 30 PHz a 300 EHz.

I raggi X trovano larga applicazione in medicina.

Ultravioletti

Le radiazioni ultraviolette o raggi UV sono suddivise in due sottogruppi in base alla lunghezza d’onda:

  • tra 10 a 200 nm, UV lontano o estremo;
  • tra 200 e 380 nm, UV vicino o prossimo.

Invece, in base alla frequenza distinguiamo: UV-A, UV-B e UV-C.

Anche le radiazioni UV hanno energia elevata. Infatti, conosciamo bene gli effetti che queste radiazioni hanno sul corpo umano, su cui causano bruciature della pelle e non solo. Tuttavia, gli UV possono essere anche utili, come per la produzione della vitamina D.

Spettro elettromagnetico visibile

Lo spettro visibile include tutti i colori che sono sostenibili dall’occhio dell’uomo e che formano la luce.

Le onde dello spettro della luce sono classificate nei colori dell’arcobaleno in base alla lunghezza d’onda:

  • rosso, 760 – 620 nm;
  • arancione, 620 – 590 nm;
  • giallo, 590 – 570 nm;
  • verde, 570 – 495 nm;
  • blu, 495 – 475 nm;
  • indaco, 475 – 450 nm;
  • violetto, 450 – 380 nm.

Radiazione infrarossa

Le radiazioni infrarosse o raggi infrarossi, abbreviati in raggi IR, hanno maggiore lunghezza d’onda e minore frequenza ed energia rispetto alle radiazioni viste fino a ora. Infatti, prendono questo nome dal fatto di avere frequenze inferiori al rosso.

Anche la banda infrarossa è suddivisa in ulteriori tipologie di radiazioni in base alla lunghezza d’onda:

  • IR vicino, da 0,7 a 10 μm;
  • IR medio, da 10 a 50 μm;
  • IR lontano, da 50 a 300 μm;
  • IR estremo, da 300 μm a 1 mm.

Microonde

Le microonde sono quella componente dello spettro elettromagnetico con lunghezza d’onda che va da 1 mm a 33 cm.

La banda delle microonde si caratterizza per l’elevato numero di frequenze e infatti viene ampiamente utilizzata. Le microonde agiscono eccitando gli stati energetici del materiale che attraversano, proprio come fa un forno a microonde che fa ruotare le particelle di acqua del cibo causandone il riscaldamento.

Onde radio

Cosa sono le onde radio? Sono quelle radiazioni elettromagnetiche con lunghezza d’onda superiore a 1 mm e con frequenze inferiori a 3 THz.

Le onde radio sono molto conosciute perché sono usate per le comunicazioni via radio, la televisione ma anche per le comunicazioni mobili.

Più la frequenza è elevata, maggiore è il contenuto che può essere trasportato.

  • La banda delle onde radio viene suddivisa in:
  • da ELF a VLF, da 100.000 a 10 km, usate nelle comunicazioni tra sottomarini, ispezioni nelle tubazioni, etc;
  • LF, con la frequenza da 30 a 300 KHz e lunghezza minore, da 1 a 10 km;
  • MF, onde medie, con frequenza da 300 a 3.000 KHz e lunghezza da 100 m a 1 km;
  • HF, onde con frequenza elevata, da 3 a 30 MHz, dette onde corte perché la lunghezza va da 10 a 100 m;
  • VHF, con frequenza da 30 a 300 MHz e lunghezza da 1 m a 10 m, che non vengono assorbite dall’atmosfera e non possono essere usate su grandi distanze;
  • da UHF a THF, fino a 3 THz e a 100 micrometri, usate per radar e satelliti.

Guarda la videolezione sullo spettro elettromagnetico con un esercizio svolto dalla nostra tutor di fisica

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Video e immagine nel testo di Eleonora Parlanti, tutor WAU!

Immagine in evidenza di Gerd Altmann da Pixabay

Paola Pala
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