CORPI LUMINOSI: CARATTERISTICHE E COME GENERANO LA PROPRIA LUCE - FISICO - 2024

Un corpo luminoso è chiamato qualsiasi oggetto naturale o innaturale che emette la propria luce, essendo questa la parte dello spettro elettromagnetico visibile dagli occhi umani. L'opposto di un oggetto luminoso è uno non luminoso.

Gli oggetti non luminosi sono visibili perché illuminati dalla luce emessa dagli oggetti luminosi. I corpi non luminosi sono anche chiamati corpi illuminati, sebbene non siano sempre in quello stato.

Il Sole, un corpo luminoso che illumina il cielo e il mare. Fonte: pixabay

Gli oggetti luminosi sono fonti primarie di luce poiché la emettono, mentre gli oggetti non luminosi sono fonti di luce secondarie perché riflettono quella prodotta dalla prima.

Esempi di corpi luminosi e non luminosi

Oggetti luminosi

Ci sono oggetti in natura in grado di emettere luce. Questi includono:

- Dom.

- Le stelle.

- Insetti luminescenti, come lucciole e altri.

- I raggi.

- L'aurora boreale o aurora boreale.

I seguenti sono oggetti luminosi artificiali:

- Lampade o lampadine a incandescenza.

- La fiamma di una candela.

- Lampade fluorescenti.

- Luci a LED.

- Lo schermo di un telefono cellulare.

Oggetti non luminosi

In natura ci sono molti oggetti che non emettono luce da soli, ma possono essere illuminati:

- La Luna, che riflette la luce solare.

- I pianeti e i loro satelliti, che riflettono anche la luce solare.

- Alberi, montagne, animali riflettono la luce del cielo e del sole.

- Il cielo azzurro e le nuvole. Sono visibili a causa della dispersione della luce solare.

Il bulbo luminoso artificiale che illumina le nostre notti. Fonte: pixabay

Caratteristiche dei corpi luminosi e della loro luce

La caratteristica principale dei corpi luminosi è che la luce con cui possiamo vederli è prodotta dall'oggetto stesso.

Possiamo vedere persone e oggetti grazie alla luce emessa da corpi luminosi, sia naturali che artificiali. E anche perché la natura ci ha dotato degli organi visivi.

In assenza di corpi luminosi è impossibile vedere tutto ciò che ci circonda. Se hai mai sperimentato l'oscurità totale, allora conosci l'importanza dei corpi luminosi.

Cioè, senza luce non c'è visione. La visione umana e animale è l'interazione tra la luce emessa dai corpi luminosi e quella riflessa dai corpi non luminosi con i nostri sensori di luce nell'occhio e con il nostro cervello, dove l'immagine viene finalmente costruita e interpretata.

La visione è possibile perché la luce emessa o riflessa dagli oggetti si muove attraverso lo spazio e raggiunge i nostri occhi.

fotoni

Un fotone è la più piccola quantità di luce che un corpo luminoso può emettere. I fotoni sono emessi da atomi di corpi luminosi e riflessi o dispersi da quelli non luminosi.

La visione è possibile solo quando alcuni di questi fotoni, emessi, dispersi o riflessi, raggiungono i nostri occhi, dove producono un'eccitazione elettronica nelle terminazioni del nervo ottico che trasportano un impulso elettrico al cervello.

In che modo i corpi luminosi generano la luce?

I fotoni vengono emessi dagli atomi dei corpi luminosi quando sono stati eccitati in modo tale che gli elettroni degli orbitali atomici vadano a stati di maggiore energia, che successivamente decadono in stati di minore energia con la conseguente emissione di fotoni.

Ogni corpo, se la sua temperatura viene aumentata, diventa un emettitore di luce. Un pezzo di metallo a temperatura ambiente è un corpo non luminoso, ma a 1000 gradi Celsius è un corpo luminoso, perché gli elettroni occupano livelli più alti e quando decadono a livelli più bassi emettono fotoni nella gamma dello spettro visibile.

Questo è ciò che accade a livello atomico con tutti i corpi luminosi, sia esso il Sole, la fiamma di una candela, il filamento di una lampadina a incandescenza, gli atomi della polvere fluorescente della lampadina a risparmio energetico o gli atomi del diodo LED, che è l'ultimo corpo di luce artificiale.

Ciò che varia da un caso all'altro è il meccanismo di eccitazione per cui gli elettroni passano a livelli atomici di energia superiore e quindi decadono ed emettono fotoni.

Tutto quello che vediamo è il passato

La visione non è istantanea, poiché la luce viaggia a una velocità finita. La velocità della luce nell'aria e nel vuoto è dell'ordine di 300mila chilometri al secondo.

I fotoni di luce che lasciano la superficie del Sole impiegano 8 minuti e 19 secondi per raggiungere i nostri occhi. E i fotoni emessi da Alpha Centauri, la nostra stella più vicina, impiegano 4,37 anni per raggiungere i nostri occhi se stiamo guardando il cielo.

I fotoni che possiamo osservare ad occhio nudo o attraverso un telescopio nella galassia di Andromeda, la più vicina alla nostra, saranno emersi da lì 2,5 milioni di anni fa.

Anche quando vediamo la Luna, stiamo vedendo una vecchia Luna, perché ciò che stiamo guardando è un'immagine di 1,26 secondi fa. E l'immagine dei giocatori di una partita di calcio che vediamo sugli spalti a 300 metri dai giocatori, è una vecchia immagine di un milionesimo di secondo nel passato.

Dualità della luce

Secondo le teorie più accettate, la luce è un'onda elettromagnetica, così come le onde radio, le microonde con cui si cuoce il cibo, le microonde dei telefoni cellulari, i raggi X e le radiazioni ultraviolette.

Tuttavia, la luce è un'onda ma è anche composta da particelle chiamate fotoni, come abbiamo affermato in precedenza. La luce ha questo duplice comportamento, noto in fisica come dualità onda-particella.

Tutta la varietà di onde elettromagnetiche differisce nella loro lunghezza d'onda. La parte dello spettro elettromagnetico che l'occhio umano è in grado di percepire è chiamata spettro visibile.

Lo spettro visibile corrisponde a una gamma ristretta dello spettro elettromagnetico compreso tra 0,390 micron e 0,750 micron. Questa è la dimensione caratteristica di un protozoo (ameba o paramecio).

Al di sotto dello spettro visibile, in lunghezza d'onda, abbiamo la radiazione ultravioletta la cui lunghezza d'onda è paragonabile alla dimensione delle molecole organiche.

E sopra lo spettro visibile c'è la radiazione infrarossa, la cui dimensione è paragonabile alla punta di un ago. Sulla punta di questo ago possono stare da 10 a 100 protozoi, cioè da 10 a 100 lunghezze d'onda dello spettro visibile.

Al contrario, le microonde hanno lunghezze d'onda comprese tra centimetri e metri. Le onde radio hanno lunghezze da centinaia di metri a migliaia di metri. I raggi X hanno lunghezze d'onda paragonabili alla dimensione di un atomo, mentre i raggi gamma hanno lunghezze d'onda paragonabili al nucleo atomico.

Colori e spettro visibile

Lo spettro visibile include la varietà di colori che possono essere distinti in un arcobaleno o alla luce del sole diffusa su un prisma di vetro. Ogni colore ha una lunghezza d'onda che può essere espressa in nanometri, che è un milionesimo di millimetro.

Lo spettro luminoso e le sue lunghezze d'onda in nanometri (nm), dal più alto al più basso, sono i seguenti:

- Rosso. Tra 618 e 780 nm.

- Arancia. Tra 581 e 618 nm.

- Giallo. Tra 570 e 581 nm.

- Verde. Tra 497 e 570 nm.

- Ciano. Tra 476 e 497 nm.

- Blu. Tra 427 e 476 nm.

- Viola. Tra 380 e 427 nm.

Il corpo nero luminoso, l'energia e lo slancio

La luce ha energia e slancio. Ogni colore nello spettro visibile corrisponde a fotoni di diversa energia e diversa quantità di moto o quantità di moto. Questo era noto grazie ai pionieri della fisica quantistica come Max Planck, Albert Einstein e Louis De Broglie.

Max Planck ha scoperto che l'energia luminosa si presenta in pacchetti o quanti, la cui energia E è misurata in Joule ed è uguale al prodotto di una costante fondamentale della natura nota come costante di Planck, che è denotata dalla lettera h e dalla frequenza f in Hertz.

E = h ∙ f

Questa scoperta è stata fatta da Planck per spiegare lo spettro di radiazione di un corpo luminoso, che emette solo radiazioni ma non ne riflette alcuna, noto come "corpo nero" e il cui spettro di emissione cambia in base alla temperatura.

La costante di Planck è h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Ma fu Albert Einstein ad affermare, senza dubbio, che la luce fosse fotoni con energia data secondo la formula di Planck, come unico modo per spiegare un fenomeno noto come effetto fotoelettrico, in cui un materiale illuminato di luce emette elettroni. Fu per questo lavoro che Einstein ricevette il Premio Nobel.

Ma il fotone, come ogni particella e pur non avendo massa, ha uno slancio o una quantità di moto data da una relazione scoperta da Louis De Broglie nell'ambito della dualità onda-particella del fotone e degli oggetti quantistici.

La relazione di de Broglie afferma che la quantità di moto p del fotone è uguale al quoziente della costante di Planck h e della lunghezza d'onda λ del fotone.

P = h / λ

Il colore rosso ha una lunghezza d'onda di 618 × 10 ^ -9 me una frequenza di 4,9 x 10 ^ 14 Hz, quindi l'energia di un fotone è 3,2 × 10 ^ -19J e la sua quantità di moto è 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

All'altra estremità dello spettro visibile c'è il viola con una lunghezza d'onda di 400 × 10 ^ -9 me una frequenza di 7,5 x 10 ^ 14 Hz, quindi l'energia di un fotone è 4,9 × 10 ^ -19J e la sua quantità di moto è 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. Da questi calcoli concludiamo che il viola ha più energia e più slancio del rosso.

Riferimenti

1. Tippens, P. 2011. Fisica: concetti e applicazioni. 7a edizione. Mac Graw Hill. 262-282.
2. Wikipedia. Spettro visibile. Estratto da wikipedia.com
3. Wikipedia. Spettro elettromagnetico. Estratto da wikipedia.com
4. Wikipedia. Fonte di luce. Estratto da wikipedia.com
5. Wikibooks. Fisica, ottica, natura della luce. Recupero da: es.wikibooks.org