Dossier

La fisica delle telecomunicazioni

Spettro elettromagnetico

Cos'è lo spettro elettromagnetico?

L'esperimento di Newton sullo spettro della luce

Il famoso esperimento di Newton, in cui la luce passa attraverso un prisma, provò che la luce del Sole è in realtà composta di una mescolanza di luce di svariati colori, che sono anche i colori dell'arcobaleno.

Newton adottò la parola latina spectrum per descrivere l'insieme di questi colori (che è quindi lo spettro, l'immagine, della luce bianca).

Quando poi si è scoperto che la luce visibile non è che una piccola parte di una più vasta gamma di fenomeni, vale a dire che è un caso particolare di onde elettromagnetiche, il significato della parola spettro si è esteso a descrivere le diverse bande di frequenza delle radiazioni elettromagnetiche.

Lo spettro delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche coprono un vasto intervallo di frequenze e lunghezze d'onda e vengono suddivise in vari tipi.

Le lunghezze d'onda variano dalle centinaia di kilometri a dimensioni dell'ordine del nucleo atomico (10-13 m, pari a un decimilionesimo di milionesimo di metro).

Le corrispondenti frequenze variano quindi da qualche kHz a un numero di Hz dell'ordine di 1022 (1 seguito da 22 zeri). L'energia dei fotoni varia proporzionalmente alla frequenza.

È chiaro che parti diverse dello spettro elettromagnetico abbiano proprietà molto diverse fra loro.

Per esempio, onde i cui fotoni hanno energie dell'ordine dell'energia caratteristica degli elettroni negli atomi (radiazione infrarossa, visibile e ultravioletta) interagiscono fortemente con atomi e molecole.

Onde di grande lunghezza d'onda (onde radio) con fotoni di debole energia in generale interagiscono debolmente con la materia.

Onde altamente energetiche (raggi X o gamma) la cui lunghezza d'onda è paragonalbile alle dimensioni nucleari producono effetti profondi a livello nucleare, appunto.

Ecco una classificazione delle onde elettromagnetiche, dalle frequenze più basse verso le più alte:

Onde Radio

Queste onde vengono generate da apparecchi elettronici, in genere circuiti oscillanti, e vengono impiegate nelle trasmissioni televisive e radio.

Le onde radio sono divise in bande di frequenze, a seconda dell'uso che ne viene fatto nei sistemi di telecomunicazione.

Microonde

Anche queste onde sono generate da apparecchiature elettroniche e vengono utilizzate ad esempio nei radar, nei sistemi di comunicazione via satellite, per riscaldare cibi (come nel forno a microonde).

Infrarosso

Queste onde sono prodotte da molecole e corpi caldi. Con apparecchiature sensibili ai raggi infrarossi è possibile 'vedere' al bui persone e animali a sangue caldo.

Le onde infrarosse sono usate parecchio nell'industria, in medicina, in astronomia...

Luce visibile

La luce visibile è una banda molto stretta di lunghezze d'onda (dal violetto al rosso) alle quali il nostro occhio è sensibile.

La luce è prodotta da atomi e molecole come conseguenza di aggiustamenti interni degli elettroni.

Ultravioletto

Le lunghezze d'onda diventano sempre più piccole, le frequenze sempre maggiori e i fotoni sempre più energetici.

Queste onde sono prodotte da atomi e molecole sottoposti a scariche elettriche.

Il Sole genera intensi raggi ultravioletti. Questi interagiscono con gli atomi degli strati alti dell'atmosfera che vengono così ionizzati: questa parte dell'atmosfera si chiama ionosfera.

Tuttavia, una piccola percentuale di radiazione ultravioletta penetra fino alla superficie della Terra: è quella che ci dà la tintarella quando ci esponiamo al sole.

La radiazione ultravioletta ionizza gli atomi e produce a livello di certi microorganismi delle reazioni chimiche tali da distruggerli. Per questo le radiazioni ultravioliette trovano applicazione in medicina e in certi processi di sterilizzazione.

Raggi X

Questa parte dello spettro elettromagnetico fu scoperta nel 1895 dal fisico tedesco W. Roentgen mentre studiava i raggi catodici.

I raggi X sono causati dagli elettroni più interni degli atomi.

A causa della potenza dei fotoni, i raggi X producono effetti profondi negli atomi e molecole da loro attraversati.

I raggi X sono usati in medicina: infatti il maggior assorbimento da parte delle ossa rispetto ai tessuti molli permette di radiografare, cioè 'vedere', le ossa.

Ma, come conseguenza dei processi chimici che inducono, i raggi X causano danni alle cellule dei tessuti.

Poichè distruggono le cellule malate più efficacemente delle cellule sane, i raggi X sono usati in medicina nella cura di certi tipi di cancro.

Va ricordato però che i raggi X, in qualunque quantità, distruggono comunque anche dei tessuti sani: una lunga esposizione a dosaggi elevati può provocare anche la morte.

Raggi gamma (γ)

Queste onde elettromagnetiche estremamente energetiche sono di origine nucleare. L'energia dei fotoni è di livelli tali da produrre effetti a livello nucleare

I raggi gamma sono quelli prodotti da sostanze radioattive.

Se vengono assorbiti da organismi viventi possono provocare danni estremamente seri. Per questo la manipolazione di sostanze radioattive richiede sempre l'uso di apposite tute protettive.

I raggi gamma sono presenti anche nella radiazione cosmica e per questo sono usati nella ricerca astronomica.

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