Spesso e volentieri si sente parlare di "radiazione elettromagnetica". Ancor più spesso questi termini vengono utilizzati nel modo sbagliato, per descrivere qualcosa di terribile o di dannoso quando in realtà, magari, di dannoso non c'è proprio nulla.
Vogliamo quindi fare un po' di chiarezza sul concetto di radiazione elettromagnetica ed elencare qualche esempio di onde elettromagnetiche che utilizziamo tutti i giorni.
Ma perché prima parlavo di radiazione e poi ho detto onde? Abbiate pazienza qualche istante, il prossimo passaggio potrebbe essere un po' complicato, ma prometto che poi tutto tornerà più semplice. La radiazione è un modo che ha l'energia di muoversi nello spazio. Elettromagnetico vuol dire che un campo elettrico ed uno magnetico sono accoppiati, ovvero si muovono insieme. La radiazione elettromagnetica è infatti composta da un campo elettrico ed uno magnetico che si propagano come un'onda, oscillando in modo da aumentare e diminuire la loro ampiezza nel tempo con un andamento sinusoidale. Per questo si può dire radiazione o onda elettromagnetica: la prima parola indica che si ha un trasporto di energia; la seconda dice il modo in cui questa energia si propaga nello spazio.
Un'onda elettromagnetica. Il campo elettrico è rosso, mentre il campo magnetico è blu.
Attenzione, il rosso ed il blu che vedete nell'immagine non sono degli oggetti solidi o tangibili: sono una rappresentazione grafica di un concetto astratto, quello di campo. Questo dice, più o meno, che si ha un campo se ad ogni punto dello spazio si può associare un determinato valore di una grandezza fisica. In questo caso la forze elettrica e magnetica. Se non avete capito non è un problema: è un concetto matematico abbastanza complesso e che non è determinante per quello che sto per dire. Tenete presente solo questo: la radiazione elettromagnetica si può rappresentare come un'onda.
Come tutte le onde anche quelle elettromagnetiche hanno una loro frequenza, che è il numero di oscillazioni compiute in un secondo, che si misura in Hertz (Hz). Più è alta la frequenza, più è alta l'energia trasportata dall'onda elettromagnetica. Un'altra caratteristica è la lunghezza d'onda, che è la distanza tra due punti alla stessa altezza (per esempio, tra i punti di massimo), o la distanza che percorre un'onda prima di completare un'oscillazione. La lunghezza d'onda si misura in metri ed è inversamente proporzionale alla frequenza, quindi più è lunga un'onda, meno energia trasporta.
Si possono quindi associare ad ogni radiazione frequenza e lunghezza d'onda, che determinano la quantità di energia trasportata.
Mettendo in fila tutte le quantità di energia trasportate si forma quello che si chiama spettro elettromagnetico, che mostra i diversi tipi di radiazione ordinati secondo la lunghezza d'onda o la frequenza. Eccolo:
In questa bella immagine tratta dal sito dell'ESA vediamo rappresentato lo spettro elettromagnetico. Come si nota, cose che sembrano molto diverse come le onde radio e la luce visibile, sono in realtà molto più simili di quanto si pensi. Sono lo stesso fenomeno, ma che trasporta diverse quantità di energia.
Adesso procederò ad un'analisi della figura, partendo da sinistra. Man mano che procederemo verso destra aumenterà gradualmente la quantità di energia trasportata dall'onda. Ricordatevi, sto classificando per energia crescente, quindi per lunghezza d'onda decrescente!
La prima cosa che incontriamo sono le onde radio. Queste hanno una lunghezza d'onda che va da qualche decina di centimetri a svariate centinaia di chilometri. Per esempio, le radio FM funzionano con lunghezze d'onda comprese tra i 1 e 10 metri; i router Wi-Fi invece utilizzano onde radio con lunghezze d'onda comprese tra 1 metro e 1 centimetro. Quando sentite la radio in auto, la sintonizzate sulla sua frequenza: se ascoltate per esempio RTL 102.5, quel 102.5 è la frequenza dell'onda radio in MegaHertz (milioni di Hertz). Questo vuol dire che il segnale che trasmette RTL oscilla 102.5 milioni di volte in un secondo e ha una lunghezza d'onda di circa 3 metri.
Aumentando un po' l'energia si entra nel regno delle microonde. La loro lunghezza va da qualche centimetro a qualche millimetro. Le microonde si utilizzano per cuocere il cibo, perché sono in grado, interagendo con le molecole d'acqua, di agitarle. L'agitarsi di tante molecole provoca collisioni che dissipano calore, scaldando l'ambiente. Alcuni telefoni cellulari lavorano con le microonde, ed è questo il motivo per cui qualche anno fa si parlava spesso di possibili danni alla salute derivati dall'uso intensivo dei telefonini.
Aumentiamo ancora l'energia, ed arriviamo ai raggi infrarossi (IR). Questa è una delle regioni più vaste dello spettro elettromagnetico, che si estende da circa 1 millimetro a circa 700 nanometri (miliardesimi di metro). Si utilizzano raggi infrarossi nelle telecomunicazioni, li trovate nei telecomandi delle TV e nei visori notturni. I raggi infrarossi sono un metodo di dissipazione del calore da parte dei corpi: un visore che li riesca a catturare è in grado di offrire la possibilità di far vedere differenze di temperatura: abbiamo creato una termocamera!
Una termocamera è in grado di correlare la quantità di IR rilevati alla temperatura di un corpo.
Dopo questo enorme territorio degli infrarossi, appare un piccolissimo scorcio a noi molto familiare: va da circa 700 a circa 400 nanometri, ed è la zona della luce visibile. Questa ha bisogno di poche spiegazioni, è colei che ci permette di vedere e di capire il mondo. La luce visibile ha un colore diverso a seconda della lunghezza d'onda, e quindi dell'energia trasportata. La meno energetica è il rosso, la più energetica è il violetto. In mezzo ci stanno arancione, giallo, verde e blu. Tutte combinate insieme danno il bianco, come ricorda The Dark Side of The Moon dei Pink Floyd. Ma di questo parleremo un'altra volta.
La luce bianca viene scomposta in tutti i colori. Tutti i colori compongono il bianco.
(Questo album è un capolavoro, ascoltatelo!)
(Questo album è un capolavoro, ascoltatelo!)
Oltre il violetto si arriva in una nuova zona, che manco a dirlo si chiama ultravioletto! Sono onde con una lunghezza che va da 400 nanometri fino a 10 nanometri. Alcuni raggi ultravioletti (o UV) sono dannosi per le molecole organiche, come quelle della pelle e il DNA. La crema solare è composta da molecole che assorbono fortemente la radiazione UV in modo da non farla assorbire dalla pelle, che subirebbe altrimenti dei danni. Per lo stesso motivo, la radiazione UV si usa anche come antibatterico e sterilizzante. La trovate tuttavia anche in discoteca, nelle lampade che fanno brillare i vestiti e i pezzi di plastica.
Loro sono bombardati da raggi UV e se la spassano.
Saliamo ancora con l'energia! Si arriva in una zona dove la lunghezza d'onda è veramente piccola, comparabile con le dimensioni di un atomo! Si parla di raggi X, che hanno una lunghezza d'onda compresa tra 10 e 0.01 nanometri (cioè fino a un centesimo di un miliardesimo di metro). Si utilizzano nelle radiografie, perché attraversano la materia molle ma vengono fermati da quella dura, come le ossa.
E siamo giunti alla fine, con le onde elettromagnetiche più energetiche di tutti, i raggi gamma: sono onde mostruosamente energetiche, che derivano, tra le altre cose, dalle esplosioni delle stelle! Alcune forme meno dannose sono utilizzate per esami diagnostici, come la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET), o per trattamenti come la radioterapia (probabilmente chiamata così perché meno spaventosa). La loro lunghezza d'onda è talmente piccola da essere paragonabile con le dimensioni delle particelle subatomiche e la loro frequenza è così alta che compiono miliardi di miliardi di miliardi di oscillazioni al secondo!
Siamo arrivati alla fine di questo piccolo viaggio nello spettro elettromagnetico. Trovo molto interessante come lo stesso meccanismo, l'oscillazione di un'onda, possa determinare tanti fenomeni diversi. L'unica cosa che cambia è la frequenza di oscillazione dell'onda: potrebbe sembrare poco ma non lo è, ha un effetto enorme sulla natura delle cose, sulla tecnologia e sulla nostra capacità di studiare e di capire il nostro mondo.
Spero di essere stato chiaro, per qualunque dubbio o domanda non esitate a commentare o a contattarci!
