Spettri

La luce e i colori che vediamo sono la combinazione di radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d'onda compresa tra circa 400 e 700 nm. Con questa esperienza mostreremo come è possibile scomporre un raggio luminoso nelle diverse lunghezze d'onda che lo compongono.

Durata: 1 ora

Scopo:

Dimostrare che la luce visibile è formata da radiazioni di varie lunghezze d'onda, e che diverse combinazioni di lunghezze d'onda vengono percepite come colori diversi.

Teoria:

Una sorgente luminosa emette radiazioni elettromagnetiche aventi una o più lunghezze d'onda o, più spesso, una serie continua di radiazioni elettromagnetiche coprenti un certo intervallo, o banda, di lunghezze d'onda.

Queste radiazioni elettromagnetiche, attraversando la materia, possono essere assorbite, e l'assorbimento può avvenire in maniera differente per lunghezze d'onda diverse: la radiazione viene così "impoverita" solo in alcune lunghezze d'onda.

L'occhio umano è in grado di percepire radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d'onda compresa tra 400 e 700 nm circa, e radiazioni di lunghezza d'onda diversa vengono percepite come colori diversi, in particolare, a partire dalle lunghezze d'onda più corte che vengono percepite come luce viola, si passa dal blu, verde, giallo fino al rosso alle lunghezze d'onda maggiori. Una radiazione elettromagnetica composta da più lunghezze d'onda differenti, o da una banda di lunghezze d'onda, viene percepita di un colore che dipende dalla combinazione delle lunghezze d'onda presenti. Una radiazione composta in modo uniforme da tutte le lunghezze d'onda visibili viene percepita come bianca. Se invece, ad esempio, una radiazione è composta da tutte le lunghezze d'onda tranne una banda relativa ad un colore (ad esempio il rosso), viene percepita come del colore complementare a quello mancante (nell'esempio il verde).

Radiazioni di lunghezza d'onda diversa presenti in uno stesso raggio luminoso si possono separare attraverso un prisma: se una radiazione elettromagnetica incide non perpendicolarmente su una superficie di contatto tra due materiali ad indice di rifrazione diverso (nel caso del prisma di quarzo, aria e quarzo), la radiazione viene rifratta, cioè prosegue oltre la superficie con un angolo rispetto ad essa diverso da quello di partenza, che dipende dalla lunghezza d'onda. Quindi, radiazioni di lunghezze d'onda diverse presenti nello stesso raggio luminoso vengono rifratte secondo angoli diversi, formando quindi diversi raggi monocromatici (cioè formati da radiazioni di una sola lunghezza d'onda). Questi possono essere proiettati su di uno schermo, e l'immagine (formata da linee o bande di colori diversi) si chiama spettro. Lo spettro generato da una sorgente luminosa non filtrata si chiama spettro di emissione; lo spettro generato da un fascio di luce bianca che attraversa una sostanza è lo spettro di assorbimento di quella sostanza (del quale interesseranno non tanto le lunghezze d'onda presenti, ma quelle mancanti).

Materiale:

• Lampade di colori diversi (se disponibili, anche lampade a singolo elemento) e relativo portalampada
• Scatola con fenditura
• Schermo con fenditura
• Prisma e relativo supporto
• Schermo bianco

Procedimento:

L'esperienza va effettuata in una stanza buia.

1. Sistemare la lampada sul portalampada, chiuderla nella scatola e accenderla; la luce deve, possibilmente, uscire solo dalla fenditura.
2. Sistemare lo schermo con la fenditura davanti alla scatola, in modo che la lampada e le due fenditure siano allineate, così da ottenere un raggio quanto più possibile sottile.
3. Sistemare il prisma dopo lo schermo con la fenditura, in modo che il raggio colpisca una faccia del prisma.
4. Sistemare lo schermo bianco a lato del prisma.
5. Ruotare il prisma in modo che proietti lo spettro sullo schermo bianco.
6. Osservare lo spettro.
7. Ripetere i punti con le altre lampade.

Risultato:

Una lampada a luce bianca proietterà sullo schermo uno spettro composto da una banda continua comprendente tutti i colori dell'arcobaleno (viola, blu, azzurro, verde, giallo, rosso).

Una lampada con un vetro colorato proietterà sullo schermo uno spettro come il precedente, rispetto al quale alcuni colori mancano o sono meno intensi. I colori mancanti dovrebbero essere i complementari rispetto al colore percepito della lampada.

Una lampada a singolo elemento dovrebbe proiettare uno spettro costituito solo da alcune righe, che corrispondono ai salti energetici disponibili agli elettroni dell'elemento.