Lo spettro elettromagnetico (parte 2)

Le onde elettromagnetiche sono generate da cariche elettriche e si propagano nel vuoto con la stessa velocità, indipendente dalla frequenza ed interagendo con cariche elettriche. Le onde elettromagnetiche (il cui complesso forma lo spettro elettromagnetico) sono generate da differenti tipi di sorgente, in funzione della banda di frequenza che stiamo considerando.
Alla base delle onde elettromagnetiche troviamo le cariche elettriche: queste ultime sono direttamente legate alla frequenza dell’onda stessa. In particolare, possiamo affermare che a basse frequenze (es. microonde) le cariche elettriche sono degli elettroni liberi di muoversi all’interno di conduttori metallici e elettroni o ioni liberi di muoversi nello spazio. Al contrario, a frequenze maggiori (es. infrarosso), le cariche elettriche  sono associate alla vibrazione, alla rotazione di molecole ed al moto di atomi dei materiali stessi.

Tra tutte le onde (luce a parte) che viaggiano nello spazio, alcune hanno lunghezze d’onda più corte di quella della luce stessa, mentre altre hanno una lunghezza d’onda maggiore. La serie completa di onde, disposte in ordine di lunghezze d’onda, viene indicata come lo spettro elettromagnetico. Lo spettro elettromagnetico è illustrato, in maniera schematica, nel disegno qui di seguito. Occhio che non c’è una demarcazione netta tra un’onda e l’altra o tra un tipo di radiazione e un’altra: la serie di onde è continua.

I vari tipi di onde che formano la famiglia di radiazioni elettromagnetiche differiscono ampiamente nel loro effetto: le onde la cui lunghezza è nell’ambito delle “onde radio”, ad esempio, non hanno alcun effetto sul corpo ovvero non possono essere viste o sentite, anche se possono essere facilmente rilevate dai ricevitori radio. Muovendosi lungo lo spettro e avvicinandoci alle onde più corte di quelle radio, troviamo la radiazione infrarossa: questa radiazione è invece percepita dall’essere umano sotto forma di calore, così come vengono percepite come “luce” le onde ancora più corte (lo spettro visibile). Andando ancora più verso onde corte, le radiazioni ultraviolette sono in grado di produrre scottature, così come la radiazione conosciuta come “raggi X” può attraversare il corpo umano (provocando danni importanti), o la radiazione gamma può attraversare diversi centimetri di acciaio (anche quest’ultime sono molto dannose per il corpo umano).

I valori di energia in Figura sono stati ottenuti da una combinazione delle due equazioni(fate riferimento alla prima parte di questo articolo) per la lunghezza d’onda c = νλ (Eq1) e per l’energia dei fotoni E = hν (Eq2).

Riordinando l’equazione Eq1 si ottiene ν = c / λ, sostituendo il valore nell’equazione Eq2 si ottiene infine E = hc / λ (Eq3).

Poiché h e C sono costanti, l’equazione Eq3 ci permette di determinare l’energia associata ad ogni lunghezza d’onda (λ). Sostituendo i valori noti di c e h nell’equazione Eq3 possiamo determinare l’energia associata ad ogni lunghezza d’onda, ovvero i valori riportati nella tabella di cui sopra (l’equazione è valida se λ è espressa in metri):

E = 1.99 x 10^-25 / λ Joules (Eq4)

Le energie, nella tabella, sono anche espresse in elettronvolt, cosa particolarmente importante per le transizioni elettroniche nei sensori di immagini. La conversione di Joule in elettronvolt è ottenuta moltiplicando per 6,24 x10¹⁸ il valore in Joule.

La radiazione elettromagnetica: Lo spettro visibile

Per quanto riguarda lo spetto visibile, questi occupa solo una piccola parte della gamma di radiazione elettromagnetica, comprendente le lunghezze d’onda tra circa 400 namometri e 7230 nanometri (1 nanometro (nm) = 10^-9 metri). Entro questi limiti, l’occhio umano vede il cambiamento della lunghezza d’onda come un cambiamento di tonalità. Il passaggio da una tonalità all’altra non è brusco, con l’occhio umano che spazia tra i differenti colori in maniera graduale.

Da notare inoltre che l’occhio umano ha una leggera sensibilità al di fuori dell’area definita nel disegno di sopra, ovvero a 390 nm e fino a circa 760 nm: una caratteristica che, però, in ambito fotografico può essere del tutto ignorata senza creare problemi in termini di qualità all’immagine catturata.

Le lunghezze d’onda più corte di 390 nm, invisibile all’occhio umano, sono indicate come raggi ultravioletti (UV) mentre le lunghezze d’onda maggiori di 760 nm, anch’esse invisibili all’occhio, sono indicate come raggi infrarossi (IR).

Per molti scopi fotografici possiamo utilmente considerare lo spettro visibile suddivisibile in tre bande: blu-violetto (B) da 400 a 500 nm, verde (G) da 500 a 600 nm e rosso (R) da 600 a 700 nm. Questa divisione è solo un’approssimazione, ma è sufficientemente precisa per essere di aiuto nel risolvere molti problemi pratici. Le tre bande di cui prima sono comunemente individuate con l’acronimo RGB.