Le radiazioni sono un processo fisico, il cui risultato è il trasferimento di energia tramite onde elettromagnetiche. Il processo inverso alla radiazione è chiamato assorbimento. Consideriamo questo problema in modo più dettagliato e forniamo anche esempi di radiazioni nella vita quotidiana e nella natura.
Fisica del verificarsi delle radiazioni
Ogni corpo è costituito da atomi, che, a loro volta, sono formati da nuclei carichi positivamente, ed elettroni, che formano gusci di elettroni attorno ai nuclei e sono caricati negativamente. Gli atomi sono disposti in modo tale che possano trovarsi in diversi stati energetici, cioè possono avere energia sia superiore che inferiore. Quando un atomo ha l'energia più bassa, si dice che sia il suo stato fondamentale, qualsiasi altro stato energetico dell'atomo è chiamato eccitato.
L'esistenza di diversi stati energetici di un atomo è dovuta al fatto che i suoi elettroni possono trovarsi a determinati livelli di energia. Quando un elettrone si sposta da un livello superiore a uno inferiore, l'atomo perde energia, che irradia nello spazio circostante sotto forma di un fotone, una particella vettoreonde elettromagnetiche. Al contrario, il passaggio di un elettrone da un livello inferiore a uno superiore è accompagnato dall'assorbimento di un fotone.
Ci sono diversi modi per trasferire l'elettrone di un atomo a un livello di energia superiore, che implicano il trasferimento di energia. Questo può essere sia l'impatto sull'atomo considerato della radiazione elettromagnetica esterna, sia il trasferimento di energia ad esso con mezzi meccanici o elettrici. Inoltre, gli atomi possono ricevere e quindi rilasciare energia attraverso reazioni chimiche.
Spettro elettromagnetico
Prima di passare agli esempi di radiazione in fisica, va notato che ogni atomo emette determinate porzioni di energia. Ciò accade perché gli stati in cui un elettrone può trovarsi in un atomo non sono arbitrari, ma rigorosamente definiti. Di conseguenza, la transizione tra questi stati è accompagnata dall'emissione di una certa quantità di energia.
È noto dalla fisica atomica che i fotoni generati a seguito di transizioni elettroniche in un atomo hanno un'energia direttamente proporzionale alla loro frequenza di oscillazione e inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda (un fotone è un'onda elettromagnetica caratterizzata per velocità di propagazione, lunghezza e frequenza). Poiché un atomo di una sostanza può emettere solo un certo insieme di energie, significa che anche le lunghezze d'onda dei fotoni emessi sono specifiche. L'insieme di tutte queste lunghezze è chiamato spettro elettromagnetico.
Se la lunghezza d'onda di un fotonesi trova tra 390 nm e 750 nm, quindi parlano di luce visibile, poiché una persona può percepirla con i propri occhi, se la lunghezza d'onda è inferiore a 390 nm, allora tali onde elettromagnetiche hanno un' alta energia e sono chiamate ultravioletti, raggi x o radiazioni gamma. Per lunghezze superiori a 750 nm, è caratteristica una piccola energia fotonica, sono chiamati radiazioni infrarosse, micro o radio.
Radiazione termica dei corpi
Qualsiasi corpo che abbia una temperatura diversa dallo zero assoluto irradia energia, in questo caso si parla di radiazione termica o termica. In questo caso, la temperatura determina sia lo spettro elettromagnetico della radiazione termica che la quantità di energia emessa dal corpo. Più alta è la temperatura, più energia irradia il corpo nello spazio circostante e più il suo spettro elettromagnetico si sposta nella regione ad alta frequenza. I processi di radiazione termica sono descritti dalle leggi di Stefan-Boltzmann, Planck e Wien.
Esempi di radiazioni nella vita di tutti i giorni
Come accennato in precedenza, assolutamente qualsiasi corpo irradia energia sotto forma di onde elettromagnetiche, ma questo processo non è sempre visibile ad occhio nudo, poiché le temperature dei corpi che ci circondano sono generalmente troppo basse, quindi il loro spettro si trova nell'invisibile a bassa frequenza per l'area umana.
Un esempio lampante di radiazione nel campo del visibile è una lampada a incandescenza elettrica. Passando a spirale, la corrente elettrica riscalda il filamento di tungsteno fino a 3000 K. Una temperatura così elevata fa sì che il filamento emetta onde elettromagnetiche, massimoche cadono nella parte a lunghezza d'onda lunga dello spettro visibile.
Un altro esempio di radiazioni in casa è il forno a microonde, che emette microonde invisibili all'occhio umano. Queste onde vengono assorbite da oggetti contenenti acqua, aumentando così la loro energia cinetica e, di conseguenza, la loro temperatura.
Infine, un esempio di radiazione nella vita di tutti i giorni nella gamma degli infrarossi è il radiatore di un radiatore. Non vediamo la sua radiazione, ma ne sentiamo il calore.
Oggetti radianti naturali
Forse l'esempio più eclatante di radiazione in natura è la nostra stella: il Sole. La temperatura sulla superficie del Sole è di circa 6000 K, quindi la sua radiazione massima cade a una lunghezza d'onda di 475 nm, cioè si trova all'interno dello spettro visibile.
Il sole riscalda i pianeti che lo circondano e i loro satelliti, che iniziano a brillare. Qui è necessario distinguere tra luce riflessa e radiazione termica. Quindi, la nostra Terra può essere vista dallo spazio sotto forma di una palla blu proprio a causa della luce solare riflessa. Se parliamo della radiazione termica del pianeta, allora avviene anche questa, ma si trova nella regione dello spettro delle microonde (circa 10 micron).
Oltre alla luce riflessa, è interessante fornire un altro esempio di radiazione in natura, che è associata ai grilli. La luce visibile da essi emessa non è in alcun modo correlata alla radiazione termica ed è il risultato di una reazione chimica tra l'ossigeno atmosferico e la luciferina (una sostanza contenuta nelle cellule degli insetti). Questo fenomeno èil nome della bioluminescenza.
