Progetto “Effetti termici della radiazione ed effetto serra” La

Progetto “Effetti termici della radiazione ed effetto serra”
La radiazione solare
Il Sole emette energia di tipo elettromagnetico sottoforma di onde. Quella che noi chiamiamo
“luce” è una parte dell’energia elettromagnetica emessa dal Sole.
La radiazione solare è costituita da molti “tipi” di luce, ovvero da molte componenti:
i raggi gamma, emessi da molte sostanze radioattive, i raggi X, le microonde, la
radiazione usata dai radar, le onde radio e TV, la radiazione infrarossa, la
radiazione ultravioletta, la radiazione visibile.
Tutte queste radiazioni sono della stessa natura: sono onde elettromagnetiche.
La radiazione elettromagnetica si propaga in linea retta; nell’aria e nel vuoto la luce
si muove a una velocità di 300 000 km/s; nel vetro la velocità di propagazione è di
circa 200 000 km/s, nell’acqua 225 000 km/s. Ad ogni materiale corrisponde una
velocità di propagazione diversa.
Caratteristiche di un’onda: lunghezza d’onda e frequenza.
In un’onda la distanza tra due “picchi”, o due avvallamenti, si chiama lunghezza
d’onda (), mentre il numero di oscillazioni al secondo definisce la frequenza
dell’onda (f). Le due grandezze sono legate dalla relazione f = v , dove v indica la
velocità di propagazione dell’onda.
Ogni componente della radiazione elettromagnetica ha una lunghezza d’onda e una
frequenza diversa e quindi una frequenza diversa.
La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole o da un’altra sorgente è
generalmente composta da un intervallo di frequenze diverse. La distribuzione di
energia in funzione della frequenza è chiamata spettro di emissione della
sorgente.
Ogni componente, per poter essere rilevata, ha bisogno di uno strumento sensibile alla sua lunghezza
d’onda.
Il nostro occhio ci permette di distinguere solo alcune componenti, cioè è un sensore che fornisce una
risposta su un limitato intervallo di frequenze; chiamiamo “luce o componente visibile” l’insieme delle
frequenze a cui l’occhio umano è sensibile.
Una macchina fotografica digitale è sensibile alla componente del vicino infrarosso dello spettro, infatti
si riesce a fotografare la radiazione infrarossa emessa da un telecomando.
Le componenti della luce visibile:
Se puntiamo un sottile raggio di luce solare bianca o di luce di una lampadina su un prisma di vetro,
fig. 21.5, osserviamo due cose:
1) La luce viene deviata dal prisma, il raggio si piega.
Se guardiamo meglio notiamo che fa addirittura due
pieghe. Una quando entra nel prisma e una quando esce.
All’interno del prisma si muove in linea retta.
2) Se a una certa distanza dietro il prisma mettiamo uno
schermo bianco, vediamo i colori dell’arcobaleno.
La luce bianca contiene diverse componenti, ciascuna
stimola una diversa sensibilità nel nostro occhio. Se
tutti i tipi di luce giungono contemporaneamente al
nostro occhio, allora percepiamo il “bianco”.
Cosa succede al fascio di luce bianca in un prisma? Il
prisma devia i raggi di luce. Ma non devia tutti i tipi
allo stesso modo. Così facendo scompone la luce bianca nelle sue componenti.
S. Pigorini, marzo 2010
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Possiamo caratterizzare i tipi di luce in base alla percezione del colore che stimolano nel nostro
occhio.
Radiazione visibile: le lunghezze d’onda dei tipi di luce che il nostro occhio riesce a percepire sono
estremamente piccole, vanno da 400 nm a 800 nm. (un nanometro è un milionesimo di millimetro)
Ci sono alcune componenti della luce alla quale il nostro occhio non reagisce.
C’è luce che nel prisma viene deviata meno della luce rossa. Si chiama luce infrarossa, fig. 21.7. La
luce infrarossa viene emessa da tutti gli oggetti se la loro temperatura è superiore a 0 K. Più alta è la
temperatura, più luce emettono. C’è anche luce che nel prisma viene deviata più della luce viola. Si
chiama luce ultravioletta.
La fig. 21.9 mostra la relazione tra colore e lunghezza d’onda.
La radiazione elettromagnetica
Quella che noi chiamiamo “luce” è una parte dell’energia elettromagnetica emessa dal Sole che
arriva a noi sottoforma di onde.
La radiazione solare è costituita da molte componenti: i raggi gamma, emessi da molte sostanze
radioattive, i raggi X, le microonde, la radiazione usata dai radar, le onde radio e TV, la radiazione
infrarossa, quella ultravioletta, quella visibile.
Tutte queste radiazioni sono della stessa natura: sono onde elettromagnetiche.
Quando la radiazione solare incontra la materia.
La radiazione solare può attraversare indisturbata l’aria quasi come attraversa il vuoto tra il Sole e la
Terra. Lo stesso vale per altri gas. Se invece la luce colpisce la materia solida o liquida può subire
grandi cambiamenti. Sostanzialmente possono succedere due cose:
- può cambiare la sua direzione (riflessione, diffusione, rifrazione, dispersione)
- può cambiare la composizione nei vari tipi di luce.
S. Pigorini, marzo 2010
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Trasparenza e diffusione
Ci sono corpi che lasciano semplicemente passare la radiazione visibile: per esempio il vetro di una
finestra colpito da un raggio di luce perpendicolare. Inseriamo perpendicolarmente una lastra di
vetro in un raggio di luce e constatiamo che la macchia di luce sulla parete praticamente non cambia,
fig. 21.12. Il vetro è trasparente.
Anche in questo caso c’è una seconda variante. Una lastra di vetro opaco lascia passare la maggior
parte della luce ma la diffonde. E una parte viene anche respinta, fig. 21.13.
Assorbimento
Puntiamo un raggio di luce su un foglio di carta nero. Della luce incidente quasi nulla viene respinto
e nemmeno passa attraverso. La luce è stata assorbita dalla carta.
Tutto quello che abbiamo detto dipende anche dal tipo di luce usata. E questo è molto importante.
Una maglietta riceve luce bianca, cioè una mescolanza di tutti i tipi di luce. La maglietta assorbe
S. Pigorini, marzo 2010
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tutti i tipi di luce tranne quella blu, fig. 21.16. Dalla maglietta fuoriesce solo luce blu. Diciamo: “la
maglietta è blu”. Cosa vediamo se illuminiamo la maglietta con un raggio di luce rossa? La luce
rossa viene assorbita. Altra luce non ce n’è, quindi niente viene riflesso e la maglietta ci appare nera.
Esattamente come oggetti diversi riflettono in modo diverso tipi diversi di luce, alcuni oggetti
lasciano passare tipi diversi di luce più o meno bene. I vetri colorati ne sono un esempio, fig. 21.17.
Il vetro verde di una bottiglia verde lascia passare la luce verde e assorbe il resto.
Bibliografia
F. Herrmann, Der Karlsruher Physikkurs (traduzione italiana), www.scuoladecs.ti.ch
S. Pigorini, marzo 2010