Radiazioni elettromagnetiche

La radiazione elettromagnetica si riferisce a una forma di trasferimento di energia lineare . La radiazione luminosa visibile è una radiazione elettromagnetica, ma è solo una piccola porzione dell'ampio spettro elettromagnetico . La propagazione di questa radiazione, di una o più particelle, dà origine a molti fenomeni quali attenuazione , assorbimento , diffrazione e rifrazione , spostamento verso il rosso , interferenza , echi, interferenza elettromagnetica ed effetti biologici .

La radiazione elettromagnetica può essere descritta in modo corpuscolare come propagazione di fotoni ( vettore bosone dell'interazione elettromagnetica ), o in modo ondulatorio come un'onda elettromagnetica . Si manifesta sotto forma di un campo elettrico accoppiato a un campo magnetico .

L'onda elettromagnetica e il fotone

La luce indica una radiazione elettromagnetica visibile dall'occhio umano. Anche le onde radio , i raggi X e γ sono radiazioni elettromagnetiche.

A causa della dualità onda-particella , la radiazione elettromagnetica può essere modellata in due modi complementari:

• onda elettromagnetica  : la radiazione è la propagazione di una variazione di campi elettrici e magnetici; uno spettrografo permette di scomporre questa onda in onde monocromatiche di diverse lunghezze d'onda e frequenze che possono poi essere analizzate;λ{\ displaystyle \ lambda}ν{\ displaystyle \ nu}
• fotone  : la meccanica quantistica associa ai normali modi di radiazione elettromagnetica monocromatica una particella di massa nulla e spin 1 chiamata fotone la cui energia è dove è la costante di Planck .E=hν{\ displaystyle E = h \ nu \,}h{\ displaystyle h}

L'impulso del fotone è uguale a . p{\ displaystyle p}p=Evs=hνvs{\ displaystyle p = {\ frac {E} {c}} = {\ frac {h \ nu} {c}}}

L'energia dei fotoni di un'onda elettromagnetica si conserva quando attraversano diversi mezzi trasparenti (d'altra parte, una certa proporzione di fotoni può essere assorbita).

Nel vuoto, la radiazione elettromagnetica, e in particolare la luce, viaggia a una velocità di 299.792.458  m / s . Questa velocità, chiamata velocità della luce e annotata c , è una delle costanti fisiche fondamentali.

La lunghezza d'onda è uguale a:

λ=vsνν{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {c _ {\ nu}} {\ nu}}}

vsν{\ displaystyle c _ {\ nu}}essendo la velocità della luce nel mezzo considerato per la frequenza , con ( essendo l' indice di rifrazione della luce monocromatica di frequenza nel mezzo considerato). ν{\ displaystyle \ nu}vsν=vs/nonν{\ displaystyle c _ {\ nu} = c / n _ {\ nu}}nonν{\ displaystyle n _ {\ nu}}ν{\ displaystyle \ nu}

La scoperta, alla fine del XIX °  secolo, la velocità della luce nel vuoto è indipendente dal repository ha portato allo sviluppo della teoria della relatività .

Proprietà

• Qualsiasi corpo a una temperatura superiore allo zero assoluto , -273,15 ° C o 0 K o -459,67 ° F emette radiazioni elettromagnetiche chiamate radiazioni termiche o radiazioni di corpo nero .
• Un corpo che riceve una radiazione elettromagnetica può rifletterne una parte e assorbire il resto. L'energia assorbita viene convertita in energia termica e contribuisce all'aumento della temperatura di questo corpo.
• Una particella carica ad alta energia emette radiazioni elettromagnetiche:
  • quando è deviato da un campo magnetico: è la radiazione di sincrotrone  ; questa radiazione di sincrotrone viene utilizzata come sorgente di raggi X per molti esperimenti di fisica e biologia (linee di luce attorno a un sincrotrone);
  • quando entra in un ambiente diverso: è la “  radiazione di frenata continua  ”;
• L'assorbimento di un fotone può provocare transizioni atomiche, cioè eccitare un atomo la cui energia aumenta per la modificazione dell'orbitale di uno dei suoi elettroni.
• Quando un atomo eccitato ritorna al suo stato energetico fondamentale, emette un fotone la cui energia (e quindi frequenza) corrisponde a una differenza tra due stati energetici dell'atomo.
• Alcune radiazioni elettromagnetiche trasportano energia sufficiente per essere in grado di estrarre elettroni dalla materia, che è quindi radiazione ionizzante .
• Nella stessa area dello spettro elettromagnetico, i fotoni sono in grado di formare coppie elettrone-lacuna nei semiconduttori (principio CCD). Ricombinandosi, l'elettrone e il foro emettono luce (principio dei diodi).
• Le reazioni nucleari, come la fissione , la fusione e il decadimento , sono spesso accompagnate dall'emissione di fotoni ad alta energia chiamati raggi γ ( raggi gamma ).

Spettro elettromagnetico

Uno spettro elettromagnetico è la decomposizione della radiazione elettromagnetica in base alla sua lunghezza d'onda o, equivalentemente, alla sua frequenza ( tramite l'equazione di propagazione) o all'energia dei suoi fotoni .

Per ragioni storiche, le onde elettromagnetiche sono indicate con termini diversi, a seconda degli intervalli di frequenza (o lunghezza d'onda). Diminuendo la lunghezza d'onda, sono:

• le onde radio e le onde radar sono prodotte da correnti elettriche a bassa frequenza;
• le onde infrarosse , la luce visibile e la radiazione ultravioletta sono prodotte dalle transizioni elettroniche negli atomi, che coinvolgono gli elettroni periferici, nonché dalla radiazione termica; le onde ultraviolette hanno effetti sulla pelle (abbronzatura, scottature solari, cancro della pelle);
• i raggi X possono anche essere prodotti durante le transizioni elettroniche di alta energia. Sono ad esempio generati dalla radioattività (fotoni di fluorescenza emessi durante la riorganizzazione della processione elettronica di un atomo). La loro generazione controllata viene spesso eseguita mediante frenatura elettronica (tubo a raggi X) o radiazione di sincrotrone (deflessione di un fascio di elettroni relativistici). Per la loro lunghezza d'onda sub-nanometrica, consentono lo studio di cristalli e molecole per diffrazione  ; i raggi X duri corrispondono a fotoni di energia superiore e i raggi X morbidi a fotoni di energia inferiore;
• la radiazione γ è prodotta dalla radioattività alla diseccitazione di un nucleo. Sono quindi emessi in particolare da materiali radioattivi e reattori nucleari. La loro energia è quindi mediamente superiore a quella dei fotoni X.

Note e riferimenti

1. Rayons Santé, "  Radiazione elettromagnetica (definizione)  " , su www.rayons-sante.com (accesso 30 ottobre 2014 ) .
2. Defense Intelligence Agency, "  Effetti biologici delle radiazioni elettromagnetiche  " (accesso 24 ottobre 2019 )
3. Onde elettromagnetiche , sul sito univ-paris1.fr, consultato l'8 dicembre 2013

Vedi anche

Articoli Correlati

• Larghezza di banda
• Radiometria , unità di misura della radiazione
• Nucleo atomico
• Fotone
• Trasferimento della radiazione termica
• Effetti biologici e ambientali dei campi elettromagnetici